Avaliação do potencial citotóxico da pirazolina H3TM04 contra câncer de pele e leucemia incorporada em nanopartículas de hexanoil carboximetil quitosana (NPSCHQ) e nanofibras de peo/quitosana contendo NPSCHQ

Abstract

Recentes avanços no desenvolvimento de nanomateriais, permitiram sua aplicação na liberação controlada de fármacos para o tratamento local contra o câncer. Porém, apesar dos inúmeros sistemas reportados nesta área, a baixa taxa de acumulação dos nanomateriais no sistema biológico, continua sendo um desafio. Nanopartículas (Nps) poliméricas homogeneamente distribuídas em nanofibras poliméricas (Nfs) formadas por eletrospinning, são uma alternativa para superar estes desafios. Assim, nesta Tese de doutorado desenvolveu-se um novo nanomaterial pela dispersão de Nps de carboximetil hexanoil quitosana/dodecil sulfato (CHQ-SDS) em nanofibras de PEO/quitosana (PEOCh-H3). O nanomaterial foi aplicado na liberação controlada da pirazolina (H3TM04) com atividade contra leucemia e câncer de pele (melanoma). A teses foi desenvolvida em 3 etapas: i) Um estudo fundamental, para compreender o processo de interação e formação dos nanoagregados CHQ-SDS. ii) Formação de Nps de CHQ-SDS, aplicadas na encapsulação e liberação in vitro do H3TM04 em células leucêmicas. iii) A formação de PEOCh-H3 por eletrospinner, aplicado na liberação in vitro e ex vivo do H3TM04 em células de melanoma e pele humana, respetivamente. A formação dos nanoagregados de CHQ-SDS acontece por auto-montagem hidrofóbico entre as duas espécies, sendo um processo termodinamicamente favorável. Por outro lado, a presença de SDS diminui o raio hidrodinâmico e a carga superficial dos nanoagregados, incrementando a estabilidade coloidal em solução aquosa por um período de até 150 dias. As Nps de CHQ-SDS com morfologia esférica foram formadas em pH 7,4 e caracterizadas por espalhamento de luz dinâmico (DLS), microscopia de transmissão eletrônica (MET) e potencial zeta. A eficiência de encapsulação do H3TM04 foi de 96% com raio hidrodinâmico médio de 83,9 ± 1,2 nm. Os resultados de liberação in vitro demostraram que o processo de liberação do composto ativo acontece pela erosão do nanoparticulado, diminuindo a concentração inibitória 50% para células de leucemia (Jukat e K-562). Finalmente, as Nfs PEOCh-H3 foram formadas e caracterizadas por analises térmicas e microscópicas. As Nps foram evidenciadas dentro das Nfs por TEM. Estudos in vitro demostraram que o processo de liberação do H3TM04 acontece pela difusão e erosão do nanomaterial durante 120 h. Por outro lado, o nanoparticulado na Nfs incrementou a acumulação do composto ativo na epidermes (ensaio de liberação ex vivo em pele humana), como também, incrementou em 50% o efeito citotóxico do H3TM04 frente células de melanoma. Sendo assim, esta dupla barreira de liberação (Nfs/Nps) é um promissor candidato na liberação controlada de fármacos, para incrementar a taxa de acumulação do composto ativo e do nanomaterial no sistema biológico.

Abstract: Recent advances in the development of nanomaterials have allowed their application in the controlled release of drugs for local treatment against cancer. However, despite the numerous systems reported in this area, the accumulation low rate of the nanomaterials in the biological systems remains a challenge. Polymeric nanoparticles (Nps) homogeneously distributed in polymer nanofibers (Nfs) formed by eletrospinning are an alternative to overcome these challenges. Thus, in this doctoral theses, a new nanomaterial was developed by dispersion of the Nps of carboxymethyl hexanoyl chitosan/dodecyl sulfate (CHQ-SDS) in PEO/chitosan Nfs (PEOCh-H3). The nanomaterial was applied in the controlled release of pyrazoline (H3TM04), which have activity against leukemia and melanoma cancer cells. The thesis was developed in 3 stages: i) A fundamental study, to understand the interaction process and nanoaggregates formation of the carboxymethyl hexanoyl chitosan / dodecyl sulfate. ii) Formation of CHQ-SDS Nps applied in the encapsulation and in vitro assays against leukemic cells. iii) The formation of the Nfs PEOCh-H3 by eletrospinning, and applied in vitro and ex vivo release of H3TM04 in melanoma cells and human skin. The formation of CHQ-SDS nanoaggregates occurs by hydrophobic assembly between the SDS and CHQ, where this is a thermodynamically favorable process. On the other hand, the presence of SDS decreases the hydrodynamic radius and surface charge of the nanoaggregates, increasing the colloidal stability in aqueous solution for up to 150 days. The CHQ-SDS Nps were formed at pH 7.4 and characterized by dynamic light scattering, electron transmission microscopy and zeta potential, showed a spherical morphology. The encapsulation efficiency of H3TM04 was 96% and the nanoparticles had 83,9 ± 1,2 nm of the hydrodynamic radius. The in vitro release results demonstrated that the active compound release process occurs by the Nps erosion, decreasing the inhibitory concentration (IC50) for leukemia cells (Jukat and K-562). Finally, the PEOCh-H3 nanofibers were formed and characterized by thermal and microscopic techniques. The Nps were evidenced within the Nfs by transmission electron microscopy. in vitro studies demonstrated that the release process of H3TM04 occurs by diffusion and erosion of the nanomaterial during 120 h. On the other hand, PEOCh-H3 increases the accumulation of the active compounds in the epidermis (ex vivo release test on human skin), as well as increases the cytotoxic effect of H3TM04 in melanoma cells (in vitro test). This double release barrier (Nfs/Nps) is a promising candidate for the controlled release of drugs to increases the accumulation rate of the active compound in the biological tissue.