Development of a liposomal formulation for the delivery of an anticancer drug

Dissertação de mestrado em Ciências – Formação Contínua de Professores (área de especialização em Biologia e Geologia)O principal objetivo deste projeto focou-se no desenvolvimento e caracterização de uma formulação lipossomal para a entrega de um fármaco anticancerígeno. Este sistema veiculador, com uma composição nova e promissora, é constituído por vesículas de lípidos que permitem a encapsulação da doxorrubicina (DOX). A DOX é considerada um dos principais fármacos anticancerígenos no tratamento de primeira linha para um amplo espetro de tumores, mas tem a desvantagem de ser tóxica para outros órgãos e tecidos saudáveis. O uso de lipossomas como transportadores de DOX pode contrariar esta desvantagem e proteger os tecidos saudáveis do contato com a toxicidade da DOX. Apesar de várias formulações lipossomais já terem sido propostas para a entrega de DOX, a maioria destas formulações usa métodos de encapsulação ativos. Estes métodos de encapsulação levam à encapsulação de grandes quantidades de DOX com a consequente formação de dímeros para os quais o valor terapêutico ainda está para ser provado. A escolha do sistema veiculador de brometo de dioctadecildimetilamónio (DODAB) e 1-oleoilrac- glicerol (monoleína (MO)) com uma proporção de (1:2), teve em conta o facto de estudos anteriores relatarem a existência de uma fase lamelar, rica em DODAB, e de uma fase não lamelar invertida, rica em MO, que proporciona a encapsulação do fármaco, não só ao nível da bicamada, mas também no interior das vesículas lipídicas. Este projeto focou-se em escolher, de entre três métodos de encapsulação passiva do fármaco na formulação DODAB:MO (1:2), o que obtivesse maior estabilidade, através da medição do tamanho e do potencial zeta dos lipossomas ao longo do tempo, e maior eficiência de encapsulação da DOX, através de doseamento por espetrofotometria UV/Vis. No método selecionado, a DOX solubilizada em etanol era diretamente misturada com os dois lípidos, antes da formação do filme lipídico, sendo o que originou formulações mais estáveis e com alta eficiência de encapsulação (EE) da DOX (86,95%) mostrando que a formulação desenvolvida é muito promissora para a entrega deste fármaco. O estudo do coeficiente de partição da DOX no sistema formulação lipídica/água confirmou a elevada distribuição de DOX ao nível da formulação. Também foram avaliados os efeitos biofísicos da DOX, tendo-se verificado um aumento da cooperatividade da transição de fase que confirma a elevada distribuição de DOX na formulação. Além disso, foi possível avaliar os parâmetros termodinâmicos da partição de DOX na formulação e verificar que esta ocorreu espontaneamente. Ensaios de citotoxicidade foram também realizados numa linha de células de cancro e concluiu-se que a formulação com DOX encapsulada em DODAB:MO (1:2) tem um melhor efeito citostático do que o fármaco livre confirmando a potencialidade da formulação desenvolvida para ser utilizada no tratamento do cancro.The main purpose of this project was the development and characterization of an anticancer liposomal formulation. This carrier system, with a new and promising composition, consists of lipid vesicles encapsulated with doxorubicin (DOX). DOX is considered one of the main “first-line” anticancer drugs for a broad spectrum of tumor types, but this drug has the disadvantage of being toxic for other healthy organs and tissues. The use of liposomes as carriers of DOX is thus very appealing to counteract this disadvantage and protect the healthy tissues from contact with the DOX toxicity. Despite several liposomal formulations were already proposed for the delivery of DOX, most of them use active loading methods. These loading methods have however the disadvantage of having big amounts of DOX encapsulated with the formation of dimers for which the therapeutic value is yet to be proved. Therefore in this work it is proposed a carrier system made of Dioctadecyldimethylammonium Bromide (DODAB) and 1-oleoyl-rac-glycerol (Monoolein (MO)) with a ratio of (1:2) because it was previously studied that this system has the potentiality of encapsulating drugs, not only at the DODAB enriched bilayer level, but also at the inverted non-lamellar MO-enriched phases at the vesicle interior. Three methods of DOX passive encapsulation in the formulation DODAB:MO (1:2) were tested. The method selected was the one where DOX was directly mixed with the two lipids, before the lipid film formation, as this achieved the highest stability of the formulations produced (tested by measuring the size and zeta potential of the liposomes overtime) and the highest DOX encapsulation efficiency (EE) (evaluated through UV/Vis spectrophotometry). EE studies revealed high encapsulation values of DOX (86,95%) turning the developed formulation in a very promising nanocarrier system for DOX. The study of the partition coefficient of DOX has confirmed that it is highly distributed in the lipid formulation. The biophysical effects of DOX in the formulation indicated an increase in the cooperativity of the phase transition confirming DOX distribution at the membrane level. Furthermore, thermodynamical parameters of DOX partitioning indicated that the drug distribution in the lipid formulation occurred spontaneously. Cytotoxicity assays were also performed in a cancer cell line and it was concluded that the formulation with DOX encapsulated in DODAB:MO (1:2) has a better cytostatic effect than the free drug, confirming the potentiality of the developed formulation to be used in cancer treatment