Ouro e sílica na nanomedicina : materiais promissores para o desenvolvimento de novos tratamentos contra o câncer

Abstract

Resumo: Nanotecnologia e nanociência compõem a base da inovação biomédica. Porém, um bom nanomaterial para esse fim deve, dentre outros, ser manipulável físico-quimicamente, ser biocompatível e liberar de forma controlada princípios ativos. Nesse sentido, ouro e silício apresentam grande destaque, uma vez que cumprem tais requisitos e apresentam ainda inúmeras outras vantagens. Portanto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver e validar nanomateriais com potencial nanomédico. Primeiramente, buscou-se validar a utilização de nanopartículas de ouro estabilizadas pelo polissacarídeo natural goma arábica (GAAuNPs) como ferramenta para tratamento de melanoma. Inicialmente, sua estabilidade em ambiente biológico foi determinada utilizando técnicas de espectroscopia. Resultados obtidos mostram que os perfis de absorbância de luz e espalhamento de raios-X das GA-AuNPs foram mantidos após incubação por 4 dias em condições de cultivo celular, confirmando sua estabilidade em ambiente biológico. Na sequência, ensaios in vitro foram utilizados para determinar a capacidade de GA-AuNPs de alterar parâmetros celulares, assim como sua internalização por células tumorais. A exposição de células tumorais e não tumorais às GA-AuNPs mostrou ampla faixa de concentrações não citotóxicas, corroborando sua biocompatibilidade. Três concentrações não citotóxicas escolhidas foram internalizadas pelas células tumorais, de forma concentração-dependente, e majoritariamente através de endocitose. Em seguida, foi verificado o efeito de concentrações não citotóxicas sobre características de malignidade de células de melanoma metastático murino. Como resultado, as GA-AuNPs internalizadas interferiram com processos celulares fundamentais para a malignidade das células de melanoma, reduzindo suas capacidades invasiva e de formação de colônias. Por fim, ensaios in vivo de crescimento tumoral e metástase foram realizados a fim de confirmar os efeitos antitumoral e antimetastático, respectivamente. Pôde-se constatar que parte das GA-AuNPs foi capaz de reduzir o crescimento de tumores sólidos de melanoma de forma semelhante ao quimioterápico Dacarbazina. O tratamento induziu ainda alterações estruturais no tecido tumoral relacionadas à melhora do prognóstico: redução das áreas de morte celular e vascularização. Além disso, foi observada redução do tamanho dos nódulos metastáticos formados no pulmão. Nenhuma evidência de toxicidade foi observada in vivo após vasta análise sistêmica. Em resumo, GA-AuNPs apresentam alta estabilidade e biocompatibilidade, e ainda possuem atividade antitumoral e antimetastática intrínseca, que ocorre de forma independente de toxicidade. Segundo, buscou-se desenvolver nanocápsulas de sílica (SiNCs) com núcleo hidrofílico que comportassem o encapsulamento de proteínas. Para tal, foi utilizado o método de miniemulsão inversa. Alterações sistemáticas nas condições de síntese (pH, tipo e proporção entre os reagentes) foram realizadas para compreender o mecanismo de síntese das nanoestruturas. Resultados de microscopia eletrônica mostraram a obtenção de SiNCs com morfologia e tamanho homogêneos quando utilizadas apenas solução tampão ou água como fase aquosa. O mecanismo de síntese ocorreu através da polimerização dos precursores por atração eletrostática na interface óleo/água. Sendo assim, foi possível produzir SiNCs com núcleo hidrofílico em condições amenas de pH e sem adição de catalizadores químicos. Dessa forma, através dos resultados obtidos foi possível confirmar o potencial de utilização GAAuNPs como ferramenta ativa contra melanoma, assim como desenvolver SiNCs com potencial para abrigar biomoléculas capazes de atuar no tratamento de câncer, por exemplo. Palavras-chave: Nanopartículas. Nanocápsulas. Ouro. Sílica. Câncer.

Abstract: Nanotechnology and nanoscience constitute the basis of biomedical innovation. However, a good nanomaterial for this purpose must be physicochemically manipulable and biocompatible; show controllable release of active ingredients; among others. In this sense, gold and silicon have a great prominence, since they fulfill these requirements and have many other advantages. Therefore, this study aimed to develop and validate nanomaterials with nanomedical potential. First, we sought to validate the use of gold nanoparticles stabilized by the natural polysaccharide gum arabic (GA-AuNPs) as tools for treating melanoma. Initially, its stability in a biological environment was determined using spectroscopy techniques. Results obtained show that the light absorbance and X-ray scattering profiles of GAAuNPs were maintained after incubation for 4 days in cell culture conditions, confirming their stability in a biological environment. Next, in vitro assays were used to determine the ability of GA-AuNPs to alter cellular parameters, as well as their internalization by tumor cells. The exposure of tumor and non-tumor cells to GAAuNPs showed a wide range of non-cytotoxic concentrations, corroborating their biocompatibility. Three chosen non-cytotoxic concentrations were internalized by tumor cells in a concentration-dependent manner, mostly through endocytosis. Then, the effect of non-cytotoxic concentrations on murine metastatic melanoma cells's malignant characteristics was verified. As result, internalized GA-AuNPs interfered with cellular processes fundamental to melanoma cells malignancy, reducing their invasive and colony-forming capabilities. Finally, in vivo tests of tumor growth and metastasis were performed in order to confirm the antitumor and antimetastatic effects, respectively. It was found that part of the GA-AuNPs was able to reduce the growth of solid melanoma tumors in a similar way to the chemotherapy drug Dacarbazine. The treatment also induced structural changes in tumor tissue related to improved prognosis: reduction of cell death and vascularization areas. In addition, a reduction in the lung metastatic nodules size was observed. No evidence of toxicity was observed in vivo after extensive systemic analysis. In summary, GA-AuNPs have high stability and biocompatibility, and show intrinsic antitumor and antimetastatic activity, which occur independently of toxicity. Second, we sought to develop silica nanocapsules (SiNCs) with a hydrophilic core that could allow protein encapsulation. Therefore, the inverse miniemulsion method was used. Systematic changes in synthesis conditions (pH, reagents type and proportion) were carried out to understand the nanostructures synthesis mechanism. Electron microscopy results showed the obtaining of SiNCs with homogeneous morphology and size when using only buffer solution or water as aqueous phase. The synthesis mechanism took place through precursors polymerization by electrostatic attraction at the oil/water interface. Thus, it was possible to produce SiNCs with a hydrophilic core under mild pH conditions and without the addition of chemical catalysts. Thus, taken together, the obtained results confirmed the potential of using GA-AuNPs as an active tool against melanoma, as well as to develop SiNCs with the potential to house biomolecules capable of acting in the treatment of cancer, for example. Keywords: Nanoparticles. Nanocapsules. Gold. Silica. Cancer.