Targeting senescent endothelial cells

Abstract

Senescência celular é um estado no qual as células são incapazes de prosseguir com o ciclo celular de forma permanente e, portanto, de proliferar. Estas células são caracterizadas por um fenótipo inflamatório muito ativo. Há uma crescente acumulação de células senescentes com o envelhecimento que se torna prejudicial para o bem-estar do organismo. Em particular, a presença de células endoteliais senescentes resulta num endotélio disfuncional que, por sua vez, é uma caraterística do envelhecimento vascular, um dos grandes impulsionadores de doenças cardiovasculares.Desta forma, o desenvolvimento de novos senoterapêuticos para reduzir este efeito tem sido muito explorada recentemente. Em particular, estudos in vivo usando senolíticos, isto é, drogas que eliminam seletivamente células senescentes, mostraram uma melhoria em termos de saúde e esperança de vida. Porém, ensaios clínicos mostram efeitos secundários em tecidos saudáveis e isto comporta um problema que pode ser ultrapassado utilizando sistemas de encapsulamento de fármacos direcionados apenas para células senescentes. Nanopartículas são materiais que podem desenhados de forma personalizada ao incorporarem diferentes moléculas e têm sido alvo de estudo e sucesso ao serem utilizadas como sistemas de encapsulamento e libertação de fármacos de forma controlada.Nesta tese desenvolveu-se uma nanoformulação contendo um senolítico, ABT-263, direcionado especificamente a células endoteliais senescentes. Assim, pretendemos evitar o efeito tóxico em células saudáveis. Em suma, os resultados permitiram o desenvolvimento de um sistema capaz de encapsular um senolítico. As nanopartículas desenvolvidas possibilitaram induzir um efeito mais rápido em comparação com o uso de ABT-263 em solução.Ademais, apresentamos um modelo in vitro de um endotélio senescente composto de células endoteliais senescentes que expressam GFP e células saudáveis sob condições de fluxo laminar. Esta plataforma in vitro irá permitir estudar detalhadamente os mecanismos de senescência, comunicação intercelular e criar novas oportunidade para avaliar o efeito de senoterapêuticos.

Cellular senescence is characterized by a permanent cell cycle arrest, in which cells are not able to proliferate and possess a highly active inflammatory phenotype. There is an accelerated accumulation of senescent cells with ageing that becomes detrimental for an organism well-being. In particular, aged vasculature is characterized by a dysfunctional endothelium, mainly due to the presence of senescent endothelial cells in areas of disturbed blood flow, and it is associated with the development of cardiovascular diseases, the leading cause of death in elderly people.Recently, there has been a lot of emphasis in senotherapeutics to alleviate senescence burden. In particular, studies have showed an improvement in health and lifespan in vivo using senolytics, drugs that selectively kill senescent cells. However, off-target effects on healthy tissue are still a problem to be overcome. Drug delivery systems that target specifically senescent cells may be the solution for this situation. Nanoparticles are engineered materials that can be modified with different moieties to achieve the desired purpose and are widely used for controlled release of encapsulated drugs.In this thesis, we developed a nanoformulation containing a senolytic, ABT-263, to target ICAM-1, which is upregulated in senescent endothelial cells, and, thus, avoid off-target effects in healthy cells. The results have shown a system capable of encapsulating a senolytic. These nanoparticles induced a faster effect when compared to ABT-263 in solution.Furthermore, we made progress in generating and characterizing an in vitro flow model of a senescent endothelium composed of senescent GFP-expressing endothelial cells and healthy endothelial cells. This in vitro platform will allow a more detailed study of senescence mechanisms, intercellular communication and create new opportunities for screening of senotherapeutics.