Síntese, caracterização de polioxovanadatos e suas propriedades antitumorais em câncer de mama in vitro

Abstract

Resumo: Em 2022, o câncer de mama foi o mais diagnosticado e de maior mortalidade nas mulheres em todo o mundo. Os principais subtipos de câncer de mama invasivos são denominados Luminal A e B, HER2 positivo e triplo negativo. Os polioxovanadatos (POVs) são agregados poliatômicos carregados negativamente baseados em íons oxidovanádio(III), (IV), (V) ou de valência mista. Os estudos da atividade de POVs em câncer de mama ainda são escassos, no entanto, eles se mostraram muito promissores. Neste trabalho, foram sintetizados e avaliados em sua citotoxicidade frente a células de câncer de mama e normal os POVs de valência mista (Bu4N)5[V18O42I] (But I@V18) e [(CH3)4N]6[V15O36(Cl)] (MeCl@V15), um hexavanadato(V) funcionalizado com álcool tripédico H3LEt = 1,1,1- tris(hidroximetil)propano, (C8H20N)2[V6O13{(OCH2)3CCH2CH3}2] (V6LEt) e o ânion decavanadato, [V10O28] 6 (V10). Os POVs MeCl@V15 e V6LEt foram caracterizados por IR, análise elementar e DRX (de pó e monocristal). O But I@V18 foi obtido em 36% de rendimento e foi caracterizado por DRX de pó e por espectroscopias de IR, Raman, RMN de 51V, RPE, UV/Vis/NIR, MEV, EDS e análise elementar. A estrutura proposta consiste em um agregado pseudoesférico contendo 10 VIV: 8VV, e pode ser visto como uma nova variante {V18O42I}x– descrito por Muller. O But I@V18 foi utilizado para preparar filmes homogêneos formados por partículas microesféricas de diâmetro inferior a 3 Pm. Todos os POVs foram caracterizados em solução (água ou acetona) e no meio de cultura RPMI por espectroscopias de RMN de 51V e RPE. Os POVs V10, MeCl@V15 e But I@V18 sofreram hidrólise parcial em RPMI, mesmo nos tempos iniciais, para formar oligovanadatos de menor nuclearidade (H2VO4 – e HVPO7 3– em equilíbrio (V1+PV), [H2V2O7] 3– (V2), V4O124–(V4) and V5O155– (V5)) após 72 h, enquanto que o V6LEt foi estável em solução recém preparada. A atividade citotóxica foi avaliada para a linhagem celular de câncer de mama triplo negativo MDA-MB-231 e para a linhagem de células de tecido mamário normal HB4a, empregando o método MTT. Para as células de câncer, os valores de IC50 para os POVs V10, But I@V18, MeCl@V15 e V6LEt, nesta ordem, foram 2,53, 9,89, 17,2 e 17,6 µmol L-1, já para as células normais foram de 0,966, 11,0, 1,02 e 9,77 µmol L-1, respectivamente. O ensaio Wound Healing para MDA-MB-231 foi realizado para V6LEt e V10, por até 48h, nas concentrações de 4,50 e 8,50 µmol L-1, para o primeiro POV, e de 0,450 e 0,900 µmol L-1 para o segundo POV. Apenas o V6LEt foi capaz de diminuir a migração celular, apresentando na maior concentração uma maior área de lacuna (87,6% em 24h e 79,8% em 48h) quando comparado ao controle (66,9% em 24h e 48,8% em 48h). As imagens registradas por MEV mostram o aparecimento de vesículas nas células tratadas com os dois compostos nas mesmas concentrações utilizadas no ensaio Wound Healing; no entanto, apenas o V6LEt causou mudança de morfologia da linhagem de câncer de fusiforme para ameboide. Os ensaios de expressão gênica como o V6LEt (17,6 µmol L- 1) nas células MDA-MB-231 resultou no aumento da expressão de um único gene, o RIPK3 em 15 vezes, sugerindo um mecanismo de necroptose na presença do POV. Visando futuros estudos in vivo, a citotoxicidade em células de câncer de mama murino (4T1) foi avaliada, obtendo um valor de IC50 de 2,97 µmol L-1. Os POVs mostraram-se promissores no tratamento de câncer de mama, destacando-se o V6LEt e o But I@V18, que terão seus estudos aprofundados.

Abstract: In 2022, breast cancer was the most diagnosed and had the highest mortality rate in women worldwide. The main molecular subtypes of invasive breast cancer are Luminal A and B, HER2 positive and triple negative. Polyoxovanadates (POVs) are polyatomic aggregates negatively charged based on oxidovanadium(III), (IV), (V) or mixed valence ions. Although studies of POVs in breast cancer remain scarce, they have shown promising results. Herein, the mixed valence POVS (Bu4N)5[V18O42I] (But I@V18) and [(CH3)4N]6[V15O36(Cl)] (MeCl@V15), the novel hexavanadate(V) and functionalized with the tripodal alcohol H3LEt = 1,1,1-tris(hydroxymethyl)propane, (C8H20N)2[V6O13{ (OCH2)3CCH2CH3}2] (V6LEt) and the decavanadate anion, [V10O28] 6 (V10), were synthesized and evaluated in their cytotoxicity towards breast and normal cancer cell lines. The MeCl@V15 and V6LEt POVs were characterized by IR, elemental analysis and XRD (powder and single crystal). But I@V18 was obtained in 36% of yield and was characterized by powder XRD and by IR, Raman, 51V NMR, EPR, UV/Vis/NIR, SEM, EDS and elemental analysis spectroscopy. The proposed structure consists of a pseudospherical aggregate containing 10VIV: 8VV and can be seen as a new variant of the {V18O42I}x– framework described by Muller. The But I@V18 was used to prepare homogeneous films formed from microsphere particles of less than 3 µm. All POVs were characterized in solution (water or acetone) and in RPMI medium by 51V NMR and EPR spectroscopies. The POVs V10, MeCl@V15 and But I@V18 suffer partial hydrolysis in RPMI medium even at the initial time to form small oligovanadates (H2VO4 – and HVPO7 3– in equilibrium (V1+PV), [H2V2O7] 3– (V2), V4O124–(V4) and V5O155– (V5)) after 72 h, while V6LEt proved to be stable in the freshly prepared solution. The cytotoxicity activity against the triple negative breast cancer cell line MDA-MB-231 and towards the normal breast tissue HB4a cell line was assessed by MTT. For cancer cells, the IC50 values for POVs V10, But I@V18, MeCl@V15 and V6LEt, in this order, were 2.53, 9.89, 17.2 and 17.6 µmol L-1, as for normal cells were 0.966, 11.0, 1.02 and 9.77 µmol L-1, respectively. The Wound Healing assay for MDA-MB-231 was performed only for V6LEt and V10, for up to 48 h, at concentrations of 4.50 and 8.50 µmol L-1 for the first POV, and 0.450 and 0.900 µmol L-1 for the second POV. Only V6LEt was able to reduce cell migration, presenting a higher concentration of a larger gap area (87.6% in 24 h and 79.8% in 48 h) when compared to the control (66.9% in 24 h and 48.8% in 48 h). SEM images show the appearance of vesicles in cells treated with both compounds with the same concentrations used in the Wound Healing assay; however, only V6LEt caused a change in the morphology of the cancer cells, changing from fusiform to amoeboid form. Furthermore, the gene expression assay with V6LEt (17.6 µmol L-1) in the MDA-MB-231 cell line resulted in an increased expression only of the RIPK3 gene in 15 times, suggesting the mechanism of necroptosis in the presence of the POV. Aiming for future in vivo studies, cytotoxicity in murine breast cancer cells (4T1) was evaluated, obtaining an IC50 value of 2.97 µmol L-1. POVs have shown promise in the treatment of breast cancer, with emphasis on V6LEt and But I@V18, which will be further studied.