The impact of curcumin-encapsulated glucan nanoparticles on hepatic cells and immune cells: oxidative stress and immunomodulatory properties

Abstract

Nanotechnology is experiencing a rising interest from the pharmaceutical field due to the ability of nanoparticles (NPs) to increase the safety and efficiency of encapsulated drugs. Curcumin is a polyphenol with great therapeutic properties, especially regarding its anti-cancer abilities. However, its pharmacokinetics are poor, having poor bioavailability and being rapidly metabolized and excreted in vivo. The NPs chosen to overcome the curcumin’s poor pharmacokinetics were glucan NPs, as glucan has great pro-oxidant, pro-inflammatory, anti-cancer and immunomodulating properties. In this work will be described two production methods of curcumin-encapsulating glucan NPs, smaller ones with approximately 111 nm of diameter (GC111) and larger ones with 398 nm of diameter (GC398). The smaller, curcumin-encapsulating NPs were the most promising in this report. They displayed a higher cytotoxicity towards hepatocellular carcinoma cells and a higher ability to induce oxidative stress in the same cells by stimulating the production of reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO). Additionally, pro-inflammatory chemokine RANTES production by the same cells was quantified and again GC111 were the NPs that displayed the greater ability to induce it. Finally, all the NPs were able to induce the production of TNF-α, a pro-inflammatory cytokine, by human monocyte-derived dendritic cells, which demonstrated the immunomodulatory capabilities of these NPs. Overall, this study reveals the feasibility of taking advantage of the oxidative and immunomodulatory properties of curcumin-encapsulated glucan NPs in the pharmaceutical field.

A nanotecnologia tem vindo a registar um interesse crescente na área farmacêutica devido à capacidade das nanopartículas (NPs) de aumentarem a segurança e eficácia dos fármacos. A curcumina é um polifenol com atividade farmacológica, especialmente no que diz respeito à sua atividade anticancerígena. No entanto, as suas características farmacocinéticas são pouco favoráveis. Verifica-se que a sua biodisponibilidade é fraca e é rapidamente metabolizada e excretada do nosso organismo. No trabalho aqui apresentado foi escolhido o glucano para produzir nanopartículas com o objetivo de encapsular a curcumina e melhorar os parâmetros farmacocinéticos da curcumina. O glucano tem propriedades pró-oxidantes, pró-inflamatórias, anticancerígenas e imunomoduladoras que podem ser interessantes no desenho de nanopartículas com efeito anticancerígeno. Neste trabalho de dissertação serão descritos dois métodos de preparação de partículas de glucano, com a curcumina encapsulada que conduziram a nanopartículas com 2 tamanhos distintos, as menores com cerca de 111 nm (GC111) e as maiores com cerca de 398 nm (GC398). As NPs menores com curcumina encapsulada mostraram ser as mais promissoras ao longo de todo o trabalho. Apresentaram uma maior citotoxicidade com as células de carcinoma hepatocelular (HepG2) e uma maior capacidade de induzir stress oxidativo nas mesmas células através da indução de espécies reativas de oxigénio (ROS) e produção de óxido nítrico (NO). Além disso, foi quantificada a produção da quimiocina pro-inflamatória RANTES, pelas mesmas células e novamente as GC111 foram as NPs que mostraram maior capacidade de induzir as células a produzir esta quimiocina. Finalmente, todas as NPs foram capazes de induzir as células dendríticas a produzir o TNF-α, uma citocina pró-inflamatória, o que mostra que estas NPs têm também propriedades imunomoduladoras. No geral, este estudo revelou a viabilidade de tirar proveito das propriedades oxidativas e imunomoduladoras de NPs de glucano com curcumina encapsulada na área farmacêutica.