Optimization of pharmacodynamic and pharmacokinetic profiles of anticancer drugs through its encapsulation in lipid-based nanosystems

Dissertação de mestrado em Biofísica e BionanossistemasO paclitaxel é um fármaco citostático anticancerígeno de amplo espectro de ação caracterizado por uma elevada lipofilia. A formulação comercial de paclitaxel possui efeitos secundários severos, tais como reações de hipersensibilidade e toxicidade neurológica e renal, desencadeadas pelas misturas de veículos oleosos e solventes orgânicos que são normalmente necessários à solubilização e administração do fármaco. Assim, o uso de veículos biocompatíveis e biodegradáveis poderá contornar a toxicidade apresentada pela formulação atual e poderá ainda melhorar o perfil farmacocinético e farmacodinâmico do fármaco no organismo. No presente trabalho é proposto um novo sistema lipossomal para o encapsulamento e veiculação do paclitaxel. Este sistema lipossomal é composto por dois lípidos na proporção molar (1:2): DODAC, um lípido sintético catiónico de geometria molecular cilíndrica, e MO, um lípido natural neutro de geometria molecular cónica. Ao contrário dos lipossomas unilamelares clássicos, que possuem uma única zona lipídica na bicamada que rodeia um compartimento aquoso, os lipossomas de DODAC:MO (1:2) possuem uma área de superfície lipídica muito superior pois a bicamada envolve uma complexa rede de agregados não lamelares de estrutura invertida, ricos em MO. Com este elevado conteúdo lipídico pretende-se alcançar um encapsulamento de fármaco superior a 3 mol %, e melhorar o perfil farmacocinético e farmacodinâmico do paclitaxel. O encapsulamento do paclitaxel, realizado pelo método de incubação, apresentou uma eficiência de 98 %. Os sistemas lipossomais desenvolvidos possuem ainda outras propriedades atrativas para aplicações biomédicas: (i) apresentam tamanho inferior a 200 nm, carga superficial positiva, com elevada estabilidade em condições de armazenamento (ii) o paclitaxel apresenta elevada afinidade para os lipossomas desenvolvidos; (iii) a formulação previne a ligação a proteínas plasmáticas; (iv) a libertação do fármaco é maior ao pH característico dos tecidos cancerígenos. Finalmente, o efeito do encapsulamento do paclitaxel nos lipossomas é dependente da linha celular analisada. Verificou-se a redução do IC50 do paclitaxel encapsulado para a linha celular MDA-MB-231.Paclitaxel is a cytostatic anticancer drug with a wide spectrum of action and it is characterized by high lipophilicity. The commercial formulation containing paclitaxel is responsible for severe side effects, such as hypersensibility reactions and neurological and renal toxicity, triggered by the oil based vehicles and organic solvents used for paclitaxel solubilization and administration. Therefore, paclitaxel encapsulation in biocompatible and biodegradable vehicles avoids oil and organic solvent related toxicities and can improve its pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles. In this work, is proposed a new liposomal formulation for paclitaxel encapsulation. These liposomes are composed by two lipids at 1:2 molar ratio: DODAC, a synthetic cationic lipid with a cylindrical geometry, and MO, a natural neutral lipid with conical geometry. Liposomes made of DODAC:MO (1:2) have shown an inverted non-lamellar lipid network core rich in MO, instead of the conventional liposomal aqueous core. With this augmented lipophilic content of the liposomes, it is possible to achieve a paclitaxel loading higher than 3 mol%, and to improve the pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles of the drug. Paclitaxel encapsulation was achieved by incubation with an efficiency of 98 %. The liposomes developed have shown attractive properties for biomedical applications: (i) liposomes are smaller than 200 nm, present positive superficial charge, and long shelfstability; (ii) the drug has high affinity for the developed liposomes; (iii) the developed formulation prevents proteins binding and (iv) paclitaxel release is triggered by acidic pH typical of cancer tissue. Finally, the effect of paclitaxel encapsulation on DODAC:MO liposomes is dependent of the cell line studied. On MDA-MB-231 breast cancer cells line the encapsulation of paclitaxel decreases the IC50 of the drug