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Orientadores: Eneida de Paula, Lígia Nunes de Morais Ribeiro Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O melanoma é o carcinoma de pele mais agressivo. A nanotecnologia traz novas opções terapêuticas para seu tratamento, considerando a baixa resposta e resistência à quimioterapia das células do melanoma. Carreadores lipídicos nanoestruturados (NLC) são sistemas de entrega ideais para encapsular fármacos hidrofóbicos, como o antineoplásico docetaxel (DTX). Adicionalmente, a adsorção dos NLC em hidrogéis produz um sistema híbrido adequado para aplicação tópica. Além disso, hidrogéis formados por biopolímeros naturais como xantana e quitosana estimulam a cicatrização de feridas e possuem propriedades bactericidas e antifúngicas intrínsecas. Neste trabalho desenvolvemos por planejamento fatorial uma formulação (NLCDTX) posteriormente incorporada em hidrogel de xantana-quitosana contendo lidocaína (LDC) com atividade anticâncer e anestésica. NLCDTX mostrou excelentes propriedades físico-químicas (tamanho = 211,5 nm; polidispersão = 0,149; potencial zeta = - 21,0 mV; 1013 nanopartículas/mL e estabilidade de 12 meses) e grande (96,0%) eficiência de encapsulação de DTX. Na caracterização do hidrogel híbrido, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou superfície rugosa, enquanto a análise reológica revelou as propriedades viscoelásticas inerentes do hidrogel. A ação farmacológica da nova formulação foi testada in vitro e in vivo em comparação com docetaxel comercial trihidratado (DTXT-HYD). Ensaios in vitro em fibroblastos murinos (NIH/3T3), melanomas murino (B16-F10) e humano (SK-MEL-103) e queratinócitos humanos (HaCaT) revelaram que as formulações controle (NLCCTRL e HGelCTRL) não foram citotóxicas. Nestas células, houve redução da citotoxicidade do DTX após encapsulação nas nanopartículas, em suspensão (NLCDTX) ou no hidrogel híbrido (HGel-NLCDTX). De modo geral, os resultados mostraram redução da viabilidade celular de células tumorais (B16-F10 e SK-MEL-103) e não tumorais (NIH/3T3 e HaCaT), com resposta tempo-dose dependentes em até 72h de tratamento. A adição de LDC ao sistema híbrido (HGel-NLCDTX-LDC) aumentou a citotoxicidade. Nos testes in vivo, em camundongos C57BL/6 com melanoma induzido por modelo ortotópico com células B16-F10, os tratamentos por via tópica (TP) utilizando os hidrogéis reduziram o crescimento tumoral em comparação ao grupo controle-positivo, com taxa de inibição aproximada de 62,73% (HGel-LDC) e 58,67% (HGel-NLCDTX-LDC) do volume tumoral. Já os tratamentos por via intratumoral (IT) se mostraram mais eficazes na redução do melanoma, com taxas de inibição do volume tumoral de 94,95% para DTXT-HYD IT; 73,80% para LDC IT; 97,92% para NLCDTX IT; 97,17% para NLCDTX + LDC IT; 96,97% para NLCDTX IT + HGel-LDC TP e 86,43% para HGel-NLCDTX-LDC IT. A avaliação geral terapêutica considerou ainda a taxa do volume metabólico do tumor e a glicólise total da lesão (por micro-PET/CT), efeitos adversos (análise bioquímica e morfológica do tumor, fígado, baço, rins, pulmão) e taxa de sobrevida – e permitiu concluir que os tratamentos utilizando NLCDTX + LDC IT e NLCDTX IT + HGel-LDC TP apresentaram os melhores efeitos terapêuticos, com eficácia próxima ou superior à formulação comercial (DTXT-HYD), sem efeitos adversos evidentes e com 100 % de taxa de sobrevida. A atividade anestésica do sistema híbrido foi comprovada. Esses resultados endossam tais sistemas como formulações promissoras para o tratamento do melanoma e demonstram o duplo efeito terapêutico da lidocaína (como anestésico e antineoplásico) Abstract: Melanoma is the most aggressive skin carcinoma. Considering the low response and resistance to chemotherapy of melanoma cells, nanotechnology brings new therapeutic options for its treatment. Nanostructured lipid carriers (NLC) are ideal drug-delivery systems to encapsulate hydrophobic drugs, such as the anticancer docetaxel (DTX). Further adsorption of NLC in hydrogels produces a hybrid system suitable for topical application. Moreover, hydrogels formed by natural biopolymers such as xanthan and chitosan stimulate wound healing and have intrinsic bactericidal and antifungal properties. In this work, we developed by Design of Experiments a formulation of NLCDTX that was further incorporated in a xanthan-chitosan hydrogel containing lidocaine (LDC) to promote synergistic anticancer and analgesia effects. NLCDTX showed excellent physicochemical properties (size = 211.5 nm, polydispersity = 0.149, zeta potential = - 21.0 mV, 1013 nanoparticles/mL, 12 months shelf stability) and high (96.0 %) DTX-encapsulation efficiency. Morphological analysis by SEM revealed the rough surface of the hydrogel while rheological analysis confirmed its inherent viscoelastic properties. In vitro and in vivo assays compared the formulations effects with those elicited by commercial docetaxel (DTXT-HYD). In vitro assays on murine fibroblasts (NIH/3T3), murine (B16-F10) and human (SK-MEL-103) melanomas and human keratinocytes (HaCaT) revealed that the control formulations (NLCCTRL and HGelCTRL) were not cytotoxic. In these cells, a reduction in the cytotoxicity of DTX was observed after encapsulation in nanoparticles, in suspension (NLCDTX) or in the hybrid hydrogel (HGel-NLCDTX). In general, the results showed a time and dose-dependent reduction in cell viability both on tumor (B16-F10 and SK-MEL-103) and non-tumor (NIH/3T3 and HaCaT) cells in up to 72 h of treatment. Addition of LDC to the hybrid system (HGel-NLCDTX-LDC) increased cytotoxicity. In vivo tests in C57BL/6 mice with melanoma induced by the orthotopic model with B16-F10 cells indicated that topical treatments (TP) with hydrogels showed reduced the tumor growth compared to the positive control group, with inhibition rates of the tumor volume of ca. 62.73% (HGel-LDC) and 58.67% (HGel-NLCDTX-LDC). Intratumoral (IT) treatments were more effective in reducing melanoma voulme, with inhibition rates of 94.95% for DTXT-HYD IT; 73.80% for LDC IT; 97.92% for NLCDTX IT; 97.17% for NLCDTX + LDC IT; 96.97% for NLCDTX IT + HGel-LDC TP and 86.43% for HGel-NLCDTX-LDC IT. For the overall therapeutic assessment other parameters were considered such as tumor metabolic volume and total lesion glycolysis (by micro-PET-CT), adverse effects (biochemical and morphological analysis in tumor, liver, spleen and kidney) and survival rate. Based on them we conclude that the treatments using NLCDTX + LDC IT and NLCDTX IT + HGel-LDC TP had the best therapeutic effects, with efficacy close to or superior to the commercial formulation (DTXT-HYD), without evident adverse effects and with a 100% survival rate. The antinociceptive effect (tail-flick test) of the hybrid system was confirmed. These results support such systems as promising formulations for the treatment of melanoma and demonstrate the dual therapeutic effect of lidocaine (as anesthetic and antineoplastic) Doutorado Bioquímica Doutora em Biologia Funcional e Molecular CAPES 130258-0/2021

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2017. O câncer é caracterizado por um complexo de alterações que afetam a atividade molecular intracelular e também as comunicações entre as células e tecidos. Dentre todos os tipos de cânceres existentes, o câncer de mama representa 25% do total de neoplasias no mundo, com possibilidade de metástases. Ressalta-se que as terapias atuais, incluindo a cirurgia, a terapia hormonal, quimioterapia e terapia de radiação, são pouco seletivas para a eficácia no tratamento do câncer de mama primário e metastático. Portanto, são necessárias novas terapias que possam ser mais eficazes no tratamento deste tumor, de modo a destruir a propagação de metástases. Um dos tratamentos em ascensão é o uso da terapia fotodinâmica (TFD), a qual envolve três elementos fundamentais, sendo eles: um agente fotossensibilizante ou fotossensibilizador, uma fonte de luz específica e moléculas de oxigênio. Ademais, o uso de nanoestruturas associadas à TFD, tem proporcionado bons resultados aos tratamentos para o câncer, pois aumenta a eficiência dos fármacos, no caso os fotossensibilizadores, utilizados. Assim, o objetivo deste trabalho, foi desenvolver um tratamento para o câncer de mama utilizando a terapia fotodinâmica, com uma nanopartícula contendo o fotossensibilizador cloreto de alumínio - ftalocianina, de forma a promover a mortalidade de células tumorais mamárias primárias e possíveis focos de metástases. Para tal, foram desenvolvidas e caracterizadas três nanoformulações, sendo elas: Nanoemulsão de Fatalocianina de Cloro-Alumínio (NE-ALCLFT), Nanoemulsão de Ftalocianina de Cloro-Alumínio com Ácido Fólico (NE-FO-ALCLFT) e Micela de Ácido Fólico (MIC-FO-ALCLFT). Para a caracterização, foram utilizadas as metodologias: análise de estabilidade, ZetaSizer, FT-IR, RAMAN, Microscopia eletrônica de Transmissão (MET) e de Varredura (MEV), análise por Espectrofluorímetro e o estudo da produção de espécies reativas de oxigênio (ROS). Posteriormente, foi realizado o estudo in vitro para avaliação da viabilidade celular e citotoxicidade, utilizando duas linhagens celulares, sendo uma de adenocarcinoma mamário (4T1) e outra de fibroblastos (NIH/3T3), pela avaliação do método colorimétrico MTT e análise morfológica das células pós-tratamentos por Microscopia de Fluorescência e contraste de fase. Nestes testes também foram avaliados a interferência da potência utilizada pelo LED para a aplicação da TFD, sendo testadas as potências 10mW/cm², 50mW/cm² e 100mW/cm². Por fim, foram realizados os testes in vivo e ex vivo, que incluem o estudo da biodistribuição das três nanoformulações pela via de administração endovenosa, por meio da avaliação de imageamento em tempo real no equipamento IVIS Lumina XR. Posteriormente ao estudo da biodistribuição, foi selecionada uma das nanoformulações (aquela que apresentou melhores resultados) para o tratamento do câncer de mama utilizando a TFD. Nesta última fase do trabalho, foram realizadas três formas de tratamento, sendo elas: sistêmica ( usando a administração do fármaco por via endovenosa e irradiação do LED também sistêmico (corpo todo do animal)), parcialmente sistêmica (com administração do fármaco por via endovenosa e irradiação apenas no local do tumor), e local (utilizando a administração do fármaco por via intratumoral e irradiação do LED também no local do tumor). Foram avaliados o peso dos camundongos, o volume tumoral, análises bioquímicas, hematológicas, análise por microtomografia computadorizada pelo equipamento PET/SPECT (avaliando o volume pulmonar e ósseo) e análise histopatológica. Os resultados apresentam todos os preparos das nanoformulações e suas respectivas caracterizações, sugerindo relevante estabilidade das nanopartículas. Os ensaios de viabilidade celular mostram que as nanoformulações apresentam citotoxicidade para ambas as linhagens celulares testadas, e que o uso apenas do LED (sem a presença dos nanoformulações) provocam o aumento da viabilidade celular na linhagem de fibroblastos. O ensaio de biodistribuição ressalta os principais órgãos atingidos pelas nanoformulações, sendo especialmente o fígado, baço e rins. Além disso, concluiu-se que a nanoformulação NE-ALCLFT, foi a que apresentou melhor biodistribuição para a região tumoral. Por fim, os tratamentos in vivo com o uso da TFD, apontam efeitos de necrose tumoral e infiltrados inflamatórios. Além disso, foi possível concluir que a melhor forma de tratamento, dentre as analisadas, foi utilizar a nanoformulação por administração endovenosa, e a irradiação do LED no local da região do tumor, onde apresentou 80% de eficiência do tratamento, com 4 camundongos apresentando todos tecidos normais (n=5). Portanto, com este trabalho, foi possível desenvolver um método eficiente para o tratamento do câncer de mama, utilizando a TFD com uma nanoemulsão de ftalocianina de cloro alumínio, por administração endovenosa. Cancer is characterized by a complex of alterations that affect intracellular molecular activity as well as communications between cells and tissues. Among all types of cancer, breast cancer represents 25% of the total number of neoplasms worldwide, with the possibility of metastases. It is noteworthy that current therapies, including surgery, hormone therapy, chemotherapy and radiation therapy, are not completely selective for efficacy in the treatment of primary and metastatic breast cancer. Therefore, new therapies are needed that may be more effective in treating this tumor, in order to destroy the spread of metastases. One of the rising treatments is the use of Photodynamic Therapy (PDT), which involves three fundamental elements: a photosensitizing or photosensitizing agent, a specific light source and oxygen molecules. In addition, the use of nanostructures associated with PDT has provided good results for cancer treatments, since it increases the efficiency of the drugs, in this case the photosensitizers, used. Thus, the objective of this work was to develop a treatment for breast cancer using photodynamic therapy with a nanoparticle containing the photosensitizer Chloro-Aluminum Phthalocyanine in order to promote the mortality of primary mammary tumor cells and possible foci of metastases . To that end, three nanoformulations were developed and characterized: Nanoemulsion of Fatalocyanine Chlorine-Aluminum (NE-ALCLFT), Folic Acid Chlorine-Aluminum Phthalocyanine Nanoemulsion (NE-FO-ALCLFT) and Folic Acid Micelle -FO-ALCLFT). For the characterization, the methodologies were used: stability analysis, ZetaSizer, FT-IR, RAMAN, Transmission Electron Microscopy (SEM) and Scanning (SEM), Spectrofluorimeter analysis and the study of the production of reactive oxygen species ). The in vitro study was carried out to evaluate cell viability and cytotoxicity, using two cell lines, one of the squamous cell carcinoma (4T1) and the other of fibroblasts (NIH / 3T3), by the evaluation of the MTT colorimetric method and the morphological analysis of the Post-treatment cells by Fluorescence Microscopy and phase contrast. These tests also evaluated the interference of the power used by the LED for the application of the PDT, being tested the powers 10mW / cm², 50mW / cm² and 100mW / cm². Finally, the in vivo and ex vivo tests were carried out, including the study of the biodistribution of the three nanoformulations through intravenous administration, by means of real time imaging evaluation in the Lumina XR IVIS equipment. After the biodistribution study, one of the nanoformulations (the one that presented the best results) was selected for the treatment of breast cancer using PDT. In this last phase of the study, three forms of treatment were performed: systemic (using intravenous drug administration and systemic LED irradiation (whole body of the animal)), partially systemic (with intravenous administration of the drug And irradiation only at the tumor site), and local (using intratumoral drug administration and LED irradiation also at the tumor site). The weight of the mice, tumor volume, biochemical and hematological analyzes, PET / SPECT (evaluating lung and bone volume) and histopathological analysis were analyzed by microtomography. The results show all the syntheses of the nanoformulations and their respective characterizations, suggesting the relevant stability of the nanoparticles. The cell viability assays show that the nanoformulations have cytotoxicity for both cell lines tested, and that the use of LEDs alone (without the presence of nanoformulations) provokes an increase in cell viability in the fibroblast lineage. The biodistribution test highlights the main organs affected by nanoformulations, especially the liver, spleen and kidneys. In addition, it was concluded that the NE-ALCLFT nanoformulation presented the best biodistribution to the tumor region. Finally, in vivo treatments with the use of PDT, point to effects of tumor necrosis and inflammatory infiltrates. In addition, it was possible to conclude that the best form of treatment, among those analyzed, was to use nanoformulation by intravenous administration, and LED irradiation at the site of the tumor region, where it presented 80% of treatment efficiency, with 4 mice presenting all normal tissues (n = 5). Therefore, with this work, it was possible to develop an efficient method for the treatment of breast cancer, using PDT with a chlorthal aluminum phthalocyanine nanoemulsion, by intravenous administration.