Magnetoliposomes as new approach for bone cancer therapies

Abstract

Cancer, notably osteosarcoma, poses detection and treatment challenges, with its relentless progression and resistance to conventional therapies. Innovative approaches are imperative to overcome limitations like toxicity and adverse effects on healthy cells. Nanotechnology, particularly magnetoliposomes, offers promise in this pursuit. Osteosarcoma’s intricate nature demands precision and enhanced effectiveness in treatment strategies. Conventional therapies, such as radiotherapy, often fall short of delivering optimal results due to their limitations, such as the resistance of bone cancer to radiation requiring higher doses, prompting the exploration of alternative methods. Notably, liposomes have proven to be a successful vehicle for drug delivery, significantly improving the efficacy of chemotherapeutic agents like doxorubicin. The integration of superparamagnetic nanoparticles further enhances the potential of these systems by enabling localized drug delivery. This innovative approach not only addresses the challenges associated with conventional treatments but also marks a significant stride towards improving the preci sion and overall effectiveness of combating osteosarcoma. This project involves the processing of magnetoliposomes containing encapsulated doxorubicin, magnesium, and calcium ferrites (with a diameter of 8.75 ± 0.35nm, saturation magnetization of 4.39emu/g, and Eg = 1.35eV ), along with a com prehensive study of their respective physical characteristics. The results reveal magnetoliposomes with a diameter of 542.54 ± 71.78nm and a polydispersity index of 27.48 ± 3.84%. Notably, the systems exhibit nearly complete encapsulation of doxorubicin and a magnetic nanoparticle encapsulation efficiency of 49.00±5.17%. The investigation into drug release kinetics under static and dynamic conditions unveils significant variations in release rates. Particularly, when subjected to an alternating magnetic field with dif ferent frequencies and on-cycles (time the magnetic stimuli are applied), the drug release rates are nearly 30% higher under magnetic stimulation over 5h compared to static conditions. This emphasizes how external stimuli affect controlled substance release, showcasing their potential in targeted drug delivery.

O cancro, incluindo o osteossarcoma, apresenta desafios na deteção precoce e tratamento eficaz. Abordagens inovadoras são necessárias devido à resistência às terapias convencionais. A nanomedicina, como os magnetolipossomas, surge como uma alternativa promissora, superando limitações dos tratamentos tradicionais. O tratamento do osteossarcoma requer precisão e eficácia aprimoradas, pois terapias convencionais, como a radioterapia, são pouco eficazes. Isso impulsiona a exploração de métodos alternativos, como os magnetolipossomas na nanotecnologia. Lipossomas têm se mostrado eficazes na entrega de fármacos, melhorando a eficácia de agentes quimioterapeuticos como a doxorrubicina. A integração de nanopartículas superparamagnéticas eleva ainda mais o potencial desses sistemas ao permitir a entrega localizada de fármacos. Esta abordagem inovadora não só enfrenta os desafios associados aos tratamentos convencionais, mas também representa um avanço significativo para melhorar a precisão e a eficácia global no combate ao osteossarcoma. Este projeto envolve a síntese de magnetolipossomas contendo doxorrubicina encapsulada e nanopartículas de ferrites de cálcio e magnésio (com um diâmetro de 8.75 ± 0.35nm, magnetização de saturação de 4.39emu/g, e Eg = 1.35eV ), juntamente com um estudo das suas características físicas. Os resultados revelam magnetoliposomas com um diâmetro de 542.54 ± 71.78nm e um índice de polidispersividade de 27.48 ± 3.84%. Notavelmente, os sis temas exibem uma encapsulação quase completa da doxorrubicina e uma eficiência de encapsulação de nanopartículas magnéticas de 49.00 ± 5.17%. A investigação das cinéticas de libertação de fármacos sob condições estáticas e dinâmicas revela variações significativas nas taxas de libertação. Em particular, quando sujeitos a um campo magnético alternado com diferentes frequências e ciclos-ON (tempo em que os estímulos magnéticos são aplicados), as taxas de libertação de fármacos no caso com estimulação magnética é ≈ 30% superior relativamente ao estático ao fim de 5h. Isso realça o impacto de estímulos externos na libertação controlada de substâncias encapsuladas, destacando as potenciais aplicações desses sistemas na entrega direcionada de medicamentos.