Drug-loaded magnetoliposomes for triple negative breast cancer therapy

Abstract

A nanotecnologia surgiu como uma área fundamental para o desenvolvimento e manipulação de materiais à escala nanométrica, com diversas aplicações, especialmente nas ciências biomédicas. As nanopartículas (NPs) magnéticas podem ser encapsuladas em lipossomas ou revestidas com bicamadas lipídicas, formando magnetolipossomas (MLs), que podem ser direcionados para os tumores através de um gradiente de campo magnético. Esta abordagem permite a entrega localizada de agentes quimioterapêuticos, indução de hipertermia local e a libertação controlada de fármacos através da disrupção do nanotransportador. As NPs de ferrite de cálcio e manganês apresentam elevada biocompatibilidade, magnetização elevada e propriedades adequadas para aplicações em hipertermia magnética e fototermia. Os MLs contendo ferrite de cálcio e manganês têm demonstrado ser promissores como transportadores de fármacos anticancerígenos, inibindo o crescimento de linhas celulares tumorais humanas. O cancro da mama triplo negativo (CMTN) é um subtipo de cancro da mama heterogéneo com elevado potencial metastático e resistência à quimioterapia convencional, o que destaca a necessidade de terapias alternativas. Este trabalho propõe e investiga duas formulações de MLs, com o objetivo de ultrapassar as limitações atuais do tratamento do CMTN. Devido à atividade anticancerígena e seletividade da lactoferrina bovina (bLf) para células do CMTN, MLs contendo esta proteína (AMLs-bLf) foram inicialmente explorados. Apesar do seu potencial, os ensaios de viabilidade celular não evidenciaram efeito citotóxico, provavelmente devido à libertação insuficiente da bLf pelos MLs. Como alternativa, foram desenvolvidos MLs carregados com doxorubicina (AMLs-DOX), que demonstraram ter potencial fototérmico e citotoxicidade contra células MDA-MB-231. Para melhorar a internalização celular, um aptâmero com elevada especificidade para as células MDA-MB-231 foi conjugado aos AMLs-DOX. A maior interação entre as células e os AMLs-DOX funcionalizados com aptâmero, foi confirmada por microscopia de fluorescência. Em suma, este trabalho fornece uma perspetiva abrangente sobre os desafios associados ao uso de proteínas em nanotransportadores lipossomais para terapia do CMTN e demonstra o desenvolvimento de uma plataforma multifuncional potencialmente capaz de promover hipertermia localizada e entrega direcionada da doxorubicina.

Nanotechnology has emerged as a key field for developing and manipulating materials at the nanoscale, with broad applications, particularly in biomedical sciences. Magnetic nanoparticles can be encapsulated in liposomes or covered with lipid bilayers to form magnetoliposomes (MLs), which can be guided to tumor sites using a magnetic field gradient. This allows for localized delivery of chemotherapeutic agents, induction of local hyperthermia, and triggered drug release via nanocarrier disruption. Calcium and manganese ferrite NPs exhibit enhanced biocompatibility, high saturation magnetization, and properties favorable for magnetic hyperthermia and phototermia. MLs incorporating manganese or calcium ferrites have demonstrated promising antitumor drug delivery capabilities, inhibiting the growth of human tumor cell lines. Triple negative breast cancer (TNBC) is a highly metastatic and heterogeneous subtype of breast cancer that is often resistant to standard chemotherapy, highlighting the need for alternative therapies. This work proposes and investigates two MLs-based formulations aimed at overcoming current therapeutic limitations for TNBC. First, due to bovine lactoferrin’s (bLf) reported selectivity and anticancer activity against TNBC cells, MLs loaded with bLf (AMLs-bLf) were explored. Despite their potential, cell viability assays revealed no cytotoxic effect, likely due to insufficient release of lactoferrin from the nanocarriers. Consequently, an alternative formulation using doxorubicin-loaded AMLs (AMLs-DOX) was developed, showing both photothermal potential and cytotoxicity against MDA-MB-231 cells. To further improve targeting, a synthesized aptamer with high specificity for MDA-MB-231 cells was conjugated to AMLs-DOX. Enhanced cellular interaction between the cells and aptamer-functionalized AMLs-DOX was confirmed by fluorescence microscopy. Overall, this work offers insights into the challenges of protein-loaded liposomal nanocarriers for TNBC therapy and demonstrates the successful development of a multifunctional platform capable of localized hyperthermia and targeted doxorubicin delivery.