(Para)magnetic solid lipid nanocarriers for early detection and treatment of solid tumours

Abstract

Estratégias promissoras de entrega fármacos são cada vez mais relevantes para o tratamento de uma ampla variedade de doenças, como tumores sólidos. A entrega de fármacos é vista como uma solução inovadora para superar desafios atuais na medicina, como encontrar o equilíbrio perfeito entre ganho terapêutico e efeitos adversos induzidos pela terapia. Nanocompósitos híbridos (orgânicos/inorgânicos) têm vindo a ser explorados, de modo a combinar sinergicamente diagnóstico e terapia em formulações clinicamente eficazes. Neste trabalho foi desenvolvido um veículo de entrega de fármacos externamente controlado, com atividade anti-tumoral aprimorada. Nanotransportadores lipídicos sólidos biocompatíveis combinados com nanopartículas magnéticas, responsivas ou não responsivas, e doxorrubicina foram sintetizados e caracterizados físico-química e funcionalmente. A eficiência de encapsulação da doxorrubicina foi de quase 100 %. As nanopartículas obtidas são esféricas e seu tamanho varia entre 150 e 200 nm, sendo ideal para administração. O nanocompósito apresentou um comportamento misto, superparamagnético e paramagnético, ideal para obter contraste duplo no diagnóstico por ressonância magnética. A inclusão de magnetita no veículo de entrega faz com que este seja adequado para tratamentos termorregulados, devido ao seu grande potencial de aquecimento quando exposto a um campo magnético alternado. Portanto, a libertação de doxorrubicina foi maior quando a formulação foi exposta a hipertermia magnética. Os efeitos das nanopartículas lipídicas em células de cancro da mama triplo negativo (Hs578T) foram avaliados in vitro. Ensaios de toxicidade confirmaram a biocompatibilidade do veículo e das nanopartículas magnéticas encapsuladas, para concentrações clinicamente relevantes de iões de ferro e manganês. Células tratadas com nanotransportadores lipídicos sólidos e expostas a hipertermia (quimioterapia/hipertermia), mostraram um maior efeito anti-tumoral, confirmando o potencial das partículas comparado a tratamentos tradicionais. Os sistemas de entrega desenvolvidos representam avanços no teranóstico personalizado. Os resultados obtidos são promissores para o uso destes nanocompósitos no diagnóstico precoce, monitorização de doenças e tratamento sinergético de tumores sólidos, atingindo os objetivos de toxicidade sistémica reduzida, agente de contraste duplo, eficácia anti-tumoral aprimorada e efeitos adversos diminuídos na terapia do cancro.

Nowadays, promising nano drug delivery strategies are becoming increasingly relevant to treat a wide range of diseases, such as solid malignant tumours. Drug delivery is sought as an innovative solution to overcome medical difficulties, as finding the perfect equilibrium between therapeutic gain and therapy induced adverse effects. Hybrid organic/inorganic nanocomposites are being explored to synergistically combine diagnostic and therapeutic capabilities into clinically effective formulations. Herein, an externally controlled theranostic drug delivery vehicle with enhanced anti tumoral activity is developed. Biocompatible solid lipid nanocarriers combined with responsive or non-responsive magnetic nanoparticles and doxorubicin were synthetised and physico-chemically and functionally characterised. The nanoparticles are spherical, and their size ranged from 150 to 200 nm, ideal for administration. Doxorubicin presented an encapsulation efficiency of almost 100 %. The nanocomposite showed mixed superparamagnetic and paramagnetic behaviour, ideal to achieve a dual contrast in magnetic resonance imaging diagnosis. Moreover, the inclusion of magnetite into the delivery vehicle makes it suitable for thermo-regulated treatments, due to its great heating potential when exposed to an alternating magnetic field. Thus, doxorubicin release was more pronounced when exposed to hyperthermia treatment. An in vitro evaluation of the lipid nanoparticles effects was performed in triple negative breast cancer cells (Hs578T). Toxicity assays confirmed the biocompatibility of the vehicle and the encapsulated magnetic nanoparticles at clinically relevant concentrations of iron and manganese ions. By combining solid lipid nanocarriers loaded with doxorubicin and magnetic field exposure (chemotherapy/hyperthermia) in vitro, a better anti-tumoral effect was achieved demonstrating the potential of these particles to enhance the effect of traditional treatments. The designed delivery systems represent a step forward towards the final goal of personalised theranostics. The results attained are promising for the use of the presented nanocomposites in early diagnosis, disease monitoring and synergetic treatment of solid tumours. This may realize long sought after goals of reduced systemic toxicity, dual contrast agent efficiency, enhanced anti tumoral efficacy and diminished adverse effects in cancer therapy.