Development and characterization of silica nanoparticles to mediate an antitumoral strategy involving drug and recombinant protein

Abstract

Com o passar dos anos, as doenças cancerígenas tornaram-se um dos maiores e mais letais problemas de saúde em todo o mundo. No entanto, os tratamentos convencionais contra o cancro têm vindo a ser caracterizados como muito invasivos e prejudiciais para os pacientes, devido aos efeitos secundários indesejáveis e à alta toxicidade, uma vez que não apresentam especificidade para células tumorais. Numa tentativa de superar essas limitações, a nano e a biotecnologia surgiram como ferramentas inteligentes para transportar e entregar agentes terapêuticos no tratamento do cancro e torná-los mais eficientes.As nanopartículas mesoporosas de sílica (MSN) são um nanossistema de entrega promissor com propriedades físico-químicas notáveis, que podem oferecer uma abordagem interessante para a atual investigação no tratamento do cancro e para a prática clínica. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver e caracterizar um novo sistema de entrega, baseado em MSN, para uma potencial terapia combinada contra Carcinoma Hepatocelular (CHC), utilizando um Interferon α-2b humano recombinante (IFNα-2b) e Epirrubicina (Epi) como agentes terapêuticos.Durante este projeto, as MSN foram sintetizadas e modificadas com (3-Aminopropil) trietoxisilano (APTES) para serem funcionalizados com ácido hialurónico (HA), o que permite que as partículas se liguem especificamente às células tumorais. As nanopartículas obtidas (MSN-HA) apresentaram uma superfície carregada negativamente e um diâmetro hidrodinâmico médio de 467 nm, determinado pelas leituras de LDV e DLS.O IFNα-2b recombinante foi produzido e purificado com sucesso, resultando num grande stock de proteína para ensaios de carregamento e citotoxicidade. Ambos os agentes terapêuticos foram carregados nas MSN-HA, apresentando resultados de alta eficiência e capacidade de carregamento, quando comparados com estudos anteriores.Finalmente, a biocompatibilidade das nanopartículas e o potencial terapêutico do nanossistema carregado foram avaliados em células HepG2. O resultado final foi bastante promissor, uma vez que o MSN-HA provou ser biocompatível quando descarregado, e as nanopartículas carregadas com Epi e IFNα-2b mostraram um efeito antitumoral sinergístico.

Over the years, cancer diseases have become one of the biggest and most lethal health problems worldwide. However, conventional cancer treatments have shown to be too invasive and harmful for patients, due to undesirable side effects and high toxicity since they don’t present specificity for tumour cells. In order to try to overcome these limitations nano and biotechnology emerged as smart tools to transport and deliver therapeutic agents in cancer treatment and making them more efficient. Accordingly to that, mesoporous silica nanoparticles (MSN) are a promising delivery nanosystem with remarkable physicochemical properties that can offer an interesting approach for the current cancer treatment research and clinical practice. Thus, this work aims to develop and characterize a new delivery system, based on MSN’s, to a potential combination therapy against Hepatocellular Carcinoma (HCC), using a recombinant human Interferon α-2b (IFNα-2b) and Epirubicin (Epi) as therapeutic agents.During this project, MSN were synthesized and modified with (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES) to be functionalized with hyaluronic acid (HA), which allowed them to specifically bind to tumour cells. The obtained nanoparticles (MSN-HA) presented a negatively charged surface and an average hydrodynamic diameter of 467 nm, determined by Laser Doppler Velocimetry (LDV) and Dynamic Light Scattering (DLS) readings. Recombinant IFNα-2b was successfully produced and purified resulting in a great protein stock for loading and cytotoxicity assays. Both therapeutic agents were loaded in MSN-HA presenting high loading efficiency and capacity results when compared with previous studies.Finally, nanoparticles’ biocompatibility and the therapeutic potential of the loaded nanosystem were evaluated in HepG2 cells. The outcome was very promising, since MSN-HA were proven to be biocompatible when unloaded, and the loaded nanoparticles with Epi and IFNα-2b have shown a synergistic antitumour effect.