Modulation of tumor microenvironment towards cancer therapy

Over the recent years, the role of the tumor microenvironment (TME) in tumor formation and progression has become increasingly recognized. Three-dimensional tumor models, such as spheroids, are powerful tools with great potential in preclinical research, as they recapitulate an array of TME features. While conventional therapies are effective in many cases, resistance phenomena and the occurrence of severe side effects are recurrent. Hence, it is of utmost importance the development of therapeutic approaches (e.g., combination therapies) that enable the reduction of the administered drug dosages, improving the therapeutic efficacy and decreasing the occurrence of side effects. In this thesis, colorectal cancer (CRC) 3D models were developed by using cells from CRC- derived cell lines alone or cocultured with fibroblasts, and their characterization was performed. Subsequently, functionalization of gold nanoparticles (AuNPs) with polyethylene glycol (PEG) was conducted, and the nanoconjugates obtained were characterized. Lastly, the dispersion of the nanoconjugates in spheroids was evaluated, as well as the effect that their irradiation caused on doxorubicin (Dox) diffusion. Characterization of monoculture models demonstrated the formation of a necrotic core. In coculture models, it was observed that the use of higher proportions of fibroblasts led to an increase in their dispersion in the 3D structure. Gold nanoparticles functionalization resulted in alterations in their surface chemistry, surface charge, and mean size. AuNPs dispersion in spheroids revealed the internalization of nanoconjugates through the formation of cell vacuoles. Preliminary results demonstrate a synergistic effect of AuNPs on Dox diffusion. Overall, the results obtained in this thesis unveil a potential application of these models in preclinical research, being preponderant in revolutionizing modern medicine. The great advantage of using AuNPs in combination therapies was also demonstrated.Nos últimos anos, o papel do microambiente tumoral na formação e no desenvolvimento de tumores tem sido cada vez mais reconhecido. Modelos tumorais 3D, tais como esferóides, apresentam- se como ferramentas com um elevado potencial de aplicação na investigação pré-clínica, devido ao elevado grau de mimetização de importantes características observadas em tumores in vivo. Apesar da relativa eficácia das terapias convencionais no tratamento de neoplasias, o desenvolvimento de resistência é recorrente, bem como a ocorrência de efeitos secundários severos. Assim, surge a necessidade de desenvolver novas terapias (e.g., terapias combinadas), tendo como objetivo a diminuição das doses de fármaco administrado, promovendo o aumento da eficácia terapêutica e a diminuição da ocorrência de efeitos secundários. Nesta tese foram desenvolvidos e caracterizados modelos 3D de cancro colorretal (CRC), através da utilização de células de linha celular derivada de CRC isoladas ou em cocultura com fibroblastos. Posteriormente foi feita a funcionalização de nanopartículas de ouro (AuNPs) com polietileno glicol (PEG), e os nanoconjugados obtidos foram caracterizados. Por último, foi avaliada a dispersão dos nanoconjugados em esferóides, bem como o efeito da sua combinação com irradiação na difusão de doxorrubicina (Dox). A caracterização de modelos de monocultura demonstrou a formação de um núcleo necrótico. Em modelos de cocultura, foi possível observar que a utilização de maiores proporções de fibroblastos levou a um aumento da sua dispersão na estrutura 3D. A caracterização dos nanoconjugados após a sua funcionalização revelou a alteração destes, tanto a nível da química e carga superficiais, como na sua dimensão média. Ensaios de dispersão de AuNPs em esferóides revelaram a internalização de nanoconjugados através da formação de vacúolos celulares. Resultados preliminares demonstraram um efeito sinérgico das AuNPs na difusão de Dox. Em suma, os resultados obtidos nesta tese revelaram o potencial da aplicação destes modelos na investigação pré-clínica, sendo preponderantes na revolução da medicina moderna. A enorme vantagem da utilização dos nanoconjugados produzidos em terapias combinadas foi também demonstrada