DODAB:MO lipid-based nanocarrier for theranostic delivery in triple negative breast cancer

Abstract

O cancro da mama triplo negativo (TNBC) representa um dos subtipos mais agressivos desta doença, devido à ausência de recetores de estrogénio (ER), de progesterona (PR) e do fator de crescimento epidérmico humano 2 (HER2). Esta característica limita as terapias direcionadas e resulta em elevadas taxas de recorrência, mortalidade e resistência à quimioterapia. A doxorrubicina (DOX) continua a ser um dos principais agentes quimioterápicos mais utilizados, mas a sua eficácia é comprometida pela toxicidade sistémica e pelo rápido desenvolvimento de resistência celular. Neste contexto, o desenvolvimento de nanotransportadores lipídicos multifuncionais, capazes de combinar agentes terapêuticos e de diagnóstico, surge como uma abordagem promissora para terapias mais eficazes e seletivas. Com este propósito, foram desenvolvidos e caracterizados cubossomas catiónicos compostos por brometo de dioctadecildimetilamónio:monooleína (DODAB:MO, 1:2), concebidos como sistemas teranósticos inovadores para a encapsulação e entrega de DOX, conjugados de pontos quânticos verdes com DOX (GQD@DOX) e DNA de esperma de salmão, utilizado como modelo de ácidos nucleicos. As formulações apresentaram tamanho nanométrico, distribuição monodispersa e elevada carga superficial positiva, garantindo excelente estabilidade coloidal e fortes interações eletrostáticas com biomoléculas aniónicas e membranas celulares. Os estudos de encapsulamento demonstraram forte afinidade entre os agentes terapêuticos e a matriz lipídica, assegurando uma retenção eficiente do material encapsulado, enquanto os ensaios de hemólise evidenciaram a sua biocompatibilidade. Além disso, estudos biofísicos revelaram fortes interações entre os sistemas terapêuticos e modelos biomiméticos de membranas, com a DOX a promover maior condensação lipídica e os conjugados GQD@DOX a exibirem menor empacotamento devido ao impedimento estérico. As membranas miméticas de células tumorais apresentaram menor compressibilidade e maiores perturbações morfológicas em comparação com os modelos saudáveis. Por fim, as observações de fluorescência celular apresentaram maior emissão nos sistemas GQD@DOX, atribuída à transferência de energia entre os GQDs e a DOX, reforçando o seu potencial teranóstico no tratamento do TNBC.

Triple-negative breast cancer (TNBC) represents one of the most aggressive subtypes of this disease due to the absence of estrogen (ER), progesterone (PR) and human epidermal growth factor receptor 2 (HER2). This deficiency limits targeted therapies and results in high recurrence, mortality and chemotherapy resistance rates. Doxorubicin (DOX) remains one of the main chemotherapeutic agents used, however, its efficacy is compromised by systemic toxicity and the rapid development of cellular resistance. In this context, the development of multifunctional lipid-based nanocarriers capable of combining therapeutic and diagnostic agents emerges as a promising approach for more effective and selective therapies. With this purpose, cationic cubosomes composed of dioctadecyldimethylammonium bromide:monoolein (DODAB:MO, 1:2) were developed and characterized as innovative theranostic systems for the encapsulation and delivery of DOX, green quantum dots–doxorubicin conjugates (GQD@DOX), and salmon sperm DNA used as a nucleic acid model. The formulations exhibited nanometric size, monodisperse distribution, and a high positive surface charge, ensuring excellent colloidal stability and strong electrostatic interactions with anionic biomolecules and cell membranes. Encapsulation studies demonstrated a strong affinity between the therapeutic agents and the lipid matrix, ensuring efficient retention of the encapsulated material, while haemolysis assays confirmed their biocompatibility. Furthermore, biophysical studies revealed strong interactions between the therapeutic systems and biomimetic membrane models, with DOX promoting greater lipid condensation and GQD@DOX conjugates exhibiting reduced packing due to steric hindrance. Cancer mimetic membranes showed lower compressibility and enhanced morphological perturbations compared to healthy models. Finally, cellular fluorescence observations displayed higher emission in the GQD@DOX systems, attributed to energy transfer between GQDs and DOX, reinforcing their theranostic potential for the treatment of TNBC.