Zeolite nanomaterials aiming antimicrobial activity and non-melanoma skin cancer treatment

Abstract

In the 21st century, nanotechnology has been emerging as a very promising field that is expected to have a revolutionary impact on society, including medicine (commonly known as nanomedicine). Nanoparticles hold tremendous potential as an effective drug delivery system (DDS), as they can be used to improve the uptake of poorly soluble drugs, to target drugs to a specific site and increase drug bioavailability. Among the different existing categories of nanomaterials, zeolites constitute a class of inorganic materials that have been explored in the past few years as promising candidates for this purpose. The fundamental idea of this work is to direct the use of zeolites as host for the treatment of two interrelated clinical situations: cutaneous lesions resulting from skin cancer development (often exhibiting an ulcerating growth) and possible microbial infections occurring on those injured and susceptible skin areas. NaY zeolite was selected as host for the preparation of the DDS. Silver (in the ionic form, Ag+) and 5- Fluorouracil (5-FU), were selected as antimicrobial and antineoplastic agents, respectively, to be introduced into the zeolite structure, combining both pharmacologically active species in the same formulation, thus creating a hybrid DDS designated as (Ag/5-FU)Y. The long-term objective of this project would be to incorporate this DDS into a biocompatible cream/ointment to be used for topic delivery, whose application would be easy and suitable to treat the damaged skin areas. The obtained results from the characterization analyses demonstrated that both agents were successfully incorporated, without causing relevant changes on the zeolite structure. Moreover, (Ag/5-FU)Y inhibited the growth of all tested bacterial strains, exhibiting lower MIC values than AgY. Regarding the assays on a human skin cancer line (A375), NaY, did not interfere with cell viability, proving its applicability as host for a drug delivery system. Additionally, (Ag/5-FU)Y caused an accentuated decrease in cell viability, that resulted not only from the effect of 5-FU but also from Ag+ as well.

No século XXI, a nanotecnologia tem emergido como área muito promissora, da qual se espera que venha a ter um impacto revolucionário na sociedade, incluído no sector da medicina (comumente conhecida por nanomedicina). As nanopartículas apresentam um enorme potencial enquanto sistemas de drug delivery (DDS), podendo ser usadas para melhorar a absorção de fármacos pouco solúveis, direcioná-los para locais específicos e aumentar a sua biodisponibilidade. Entre as diferentes categorias de nanomateriais existentes, os zeólitos constituem uma classe de materiais inorgânicos porosos que têm sido explorados nos últimos anos enquanto candidatos promissores para esse propósito. A ideia fundamental deste trabalho é direcionar a utilização de zeólitos como hospedeiros para o tratamento de duas situações clínicas interrelacionadas: lesões cutâneas resultantes do desenvolvimento do cancro da pele (que muitas vezes demonstra um crescimento ulcerativo) e possíveis infeções microbianas que possam ocorrer nessas zonas feridas e mais suscetíveis da pele. O zeólito NaY foi selecionado como hospedeiro para a preparação do DDS. A prata (na forma iónica, Ag+) e o 5-Fluorouracil (5-FU) foram selecionados enquanto agentes antimicrobiano e antineoplásico, respetivamente, para serem introduzidos na estrutura do zeólito, combinando ambas as espécies farmacologicamente ativas na mesma formulação, criando assim um sistema híbrido designado por (Ag/5-FU)Y. O objetivo a longo prazo deste projeto seria incorporar este DDS num creme/pomada para ser usado via tópica, cuja aplicação seria cómoda e adequada ao tratamento de zonas da pele lesadas. Os resultados das análises de caracterização demonstraram que ambos os agentes foram incorporados com sucesso, não causando alterações relevantes na estrutura do zeólito. Para além disso, (Ag/5-FU)Y inibiu o crescimento de todas as estirpes bacterianas testadas, exibindo valores MIC mais baixos do que AgY. Relativamente aos ensaios de viabilidade numa linha de cancro de pele humana (A375), o zeólito NaY, não interferiu com a viabilidade celular, provando a sua aplicabilidade como hospedeiro num sistema de drug delivery. Adicionalmente, (Ag/5-FU)Y causou uma diminuição significativa na viabilidade celular, que resultou, não apenas do efeito do 5-FU mas também da ação de Ag+.