Lipossomas híbridos polimérico-lipídicos de longa circulação para a incorporação de curcumina e nanopartículas de prata almejando a aplicação em terapia fotodinâmica

Abstract

O melanoma maligno, uma neoplasia cutânea notória por sua alta letalidade, tem apresentado um aumento significativo em sua incidência ao longo dos anos. Apesar dos esforços consideráveis dedicados à extensão da sobrevida dos pacientes, é observado que remissões completas e duradouras são raras quando a doença atinge sua fase metastática. Historicamente, o emprego de plantas e extratos vegetais tem sido uma prática comum no campo terapêutico; contudo, a eficácia nem sempre é assegurada quando se recorre à aplicação de princípios ativos puros. A curcumina (CUR), um polifenol natural, é conhecida por sua ampla gama de atividades farmacológicas, incluindo efeitos anticancerígenos. Contudo, apresenta baixa biodisponibilidade, fato que limita sua aplicação. O surgimento de formulações personalizadas de CUR e novos sistemas de entrega, como nanopartículas poliméricas e lipossomas tem contribuído para aumentar a sua biodisponibilidade. Aliado a isso, a CUR pode ser utilizada como fármaco fotossensibilizador (FS) ativo na Terapia Fotodinâmica (TFD), um procedimento minimamente invasivo, com discretos efeitos colaterais. Quando um FS é excitado por uma fonte de luz adequada na presença de oxigênio molecular (3O2) são formadas espécies citotóxicas, como o oxigênio singleto (1O2), capazes de gerar danos celulares fotoinduzidos. Além disso, sua combinação com nanopartículas de prata (AgNPs) pode levar a um aumento na geração de 1O2, devido ao efeito metal-enhanced singlet oxygen generation (MEO). Nesse cenário, CUR e AgNPs foram incorporadas em lipossomas híbridos polimérico-lipídicos formados por DPPC (1,2-Dipalmitoil-sn-glicero-3-fosfocolina) e pelo copolímero tribloco F127. As vesículas obtidas apresentaram diâmetros inferiores a 130 nm, baixa polidispersão (<0,30), potencial zeta entre ±10 mV e elevadas eficiências de encapsulamento (>99%). A caracterização espectroscópica confirmou a síntese e incorporação fotoinduzida de AgNPs ao sistema lipossomal. Além disso, os parâmetros de ligação demonstraram a forte interação entre lipossomas-CUR em sua forma monomérica, potencializada pela presença de AgNPs. Os estudos de Stern-Volmer permitiram estimar a localização da CUR na bicamada lipídica, dependente da temperatura por um mecanismo de supressão estático. A temperatura de transição de fase (Tm) dos lipossomas obtidos foi determinada por DSC (45-56 oC) e a interação entre os componentes da formulação investigada por FTIR. Os parâmetros fotofísicos demostraram uma diminuição no rendimento quântico de fluorescência da CUR, ideal para a TFD, a qual foi acompanhado pela elevada geração de oxigênio singleto e efetivo efeito MEO. Os estudos de viabilidade celular das formulações em células cancerígenas de melanoma B16-F10, mostraram a eficiência das formulações, principalmente contendo CUR e AgNPs. Por fim, os experimentos de permeação ex vivo mostraram aumento da retenção da CUR na derme e epiderme mediante incorporação em lipossomas.

Abstract: Malignant melanoma, a cutaneous neoplasm notorious for its high lethality, has exhibited a significant increase in incidence over the years. Despite considerable efforts dedicated to extending the survival of patients, it is observed that complete and lasting remissions are rare when the disease reaches its metastatic phase. Historically, the use of plants and plant extracts has been a common practice in the therapeutic field; however, efficacy is not always guaranteed when resorting to the application of pure active principles. Curcumin (CUR), a natural polyphenol, is known for its broad range of pharmacological activities, including anticancer effects. Nevertheless, it exhibits low bioavailability, limiting its application. The emergence of customized CUR formulations and new delivery systems, such as polymeric nanoparticles and liposomes, has contributed to increasing its bioavailability. In addition to this, CUR can be used as an active photosensitizer (PS) in Photodynamic Therapy (PDT), a minimally invasive procedure with discreet side effects. When a PS is excited by an appropriate light source in the presence of molecular oxygen (3O2), cytotoxic species such as singlet oxygen (1O2) are formed, capable of inducing photo-induced cellular damage. Furthermore, its combination with silver nanoparticles (AgNPs) may lead to an increase in 1O2 generation due to the metal-enhanced singlet oxygen generation (MEO) effect. In this scenario, CUR and AgNPs were incorporated into polymeric-lipid hybrid liposomes formed by DPPC (1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) and the triblock copolymer F127. The obtained vesicles had diameters below 130 nm, low polydispersity (<0.30), zeta potential between ±10 mV, and high encapsulation efficiencies (>99%). Spectroscopic characterization confirmed the synthesis and photoinduced incorporation of AgNPs into the liposomal system. Additionally, binding parameters demonstrated the strong interaction between liposomes and CUR in its monomeric form, potentiated by the presence of AgNPs. Stern-Volmer studies allowed estimating the location of CUR in the lipid bilayer, temperature-dependent through a static quenching mechanism. The phase transition temperature (Tm) of the obtained liposomes was determined by DSC (45-56 oC), and the interaction between the formulation components was investigated by FTIR. Photophysical parameters demonstrated a decrease in the fluorescence quantum yield of CUR, ideal for PDT, accompanied by high singlet oxygen generation and an effective MEO effect. Viability studies of the formulations in B16-F10 melanoma cancer cells showed the efficiency of formulations, particularly those containing CUR and AgNPs. Finally, ex vivo permeation experiments showed an increase in CUR retention in the dermis and epidermis through incorporation into liposomes.