Leukemia cells modulation by light-activatable nanoparticles

Palavras-chave: nanoparticulas

Leucemia mielóide aguda (AML) é um grupo de doenças heterogéneas definidas morfologicamente por um crescimento anormal do número de mieloblastos na medula óssea (BM). As presentes terapias incluem o uso de ácido retinóico (RA) para induzir a diferenciação de células de leucemia. Infelizmente, a eficiência do processo é limitada, mesmo quando em conjunto com quimioterapia convencional, uma vez que os pacientes sofrem do retorno da doença após remissão (na realidade 25% dos pacientes morrem) [1]. Esta recaída esta provavelmente relacionada com a indução de proteínas de ligação de RA e pelo aumento do metabolismo de RA por reacções mediadas pelo citocromo P-450. Além disso, um terço dos pacientes desenvolvem o designado “síndrome de RA” caracterizado por dispneia, febre, aumento de peso e hipotensão. Nos últimos anos, sistemas de libertação de RA foram propostos para ultrapassar estes efeitos indesejáveis, encontrando-se alguns em ensaios clínicos em humanos. Um sistema de libertação de RA baseado em liposomas demonstrou uma melhoria no perfil farmacológico de RA, em comparação com uma formulação não-liposómica e mostrou ser capaz de manter concentrações de elevadas e sustentadas de droga. Além disso, a formulação liposómica demonstrou a capacidade de diminuir a probabilidade de ocorrência de recaídas, sem no entanto as eliminar. O principal objectivo deste projecto foi o desenvolvimento de uma nanoformulação polimérica fotodissociável para aumentar a entrega intracelular de RA em células de leucemia. A possibilidade de activar de forma remota a libertação controlada de drogas abre novas oportunidades terapêuticas pela possibilidade de activação da diferenciação celular no nicho da medula óssea e potencialmente interferir com o nicho de células estaminais de leucemia. A nanoformulação polimérica fotodissociável tem aproximadamente 140 nm de diâmetro, carga superficial positiva e capacidade de dissociação quando exposta a luz UV (365 nm) ou luz azul (405 nm) libertando RA. Estas NPs são rapidamente internalizadas (períodos inferiores a 4 h) por células de leucemia mielóide aguda (K562, NB4, U937 e células estaminais de AML). Os nossos resultados demonstram que a fotoactivação das nanopartículas contribui para a diferenciação destas células em níveis não observados utilizando nanoformulações que libertam RA de forma passiva ou através de quimioterapia convencional. A activação através de luz das RA+ NPs induz 1.92 (± 0.17) vezes maior Resumo Carlos Samuel Marques Boto xviii – Doctoral Thesis diferenciação eritróide em células K562, 1.19 (± 0.01) vezes diferenciação mielóide em células NB4 e 1.45 (± 0.03) vezes diferenciação mielóide em células U937, quando comparadas com as condições de NPs não activadas com recurso a luz. De igual modo RA+ NPs activadas com luz induzem 1.83 (± 0.17) vezes maior diferenciação eritróide em células K562, 1.12 (± 0.01) vezes diferenciação mielóide em células NB4 e 1.44 (± 0.04) vezes diferenciação mielóide em células U937, quando comparadas com a utilização de 1 μM de RA na solução de cultura. Deve ser salientado que RA+ NPs contêm ~10 vezes menor quantidade de RA do que o utilizado em solução na cultura celular. Estes resultados experimentais são especialmente relevantes no tratamento da linha cellular resistente à acção de RA U937-PLZF/RARA na qual a elevada concentração intracelular de RA consegue induzir diferenciação celular com sucesso. Finalmente, células estaminais de AML tratadas com RA+ NPs activadas com luz apresentam 69.6 ± 9.2 % e 61.8 ± 10.1 % menor número de colónias, na contagem de unidades formadoras de colónias (CFC e LTC-IC), respectivamente. A informação colectada nos ensaios animais demonstrou estar de acordo com a obtida nos ensaios in vitro. A expressão de CD11b foi superior de forma consistente (com relevância estatística) para células NB4 tratadas com RA+ NPs activadas com luz tanto para as condições nas quais a activação pela luz foi realizada ex vivo, como na condição em que esta activação se realizou in vivo. Isto, comparativamente às condições nas quais as células tratadas com RA+ NPs não foram alvo de activação. Estes resultados indiciam que o controlo conferido pela nanoformulação sensível à acção da luz na cinética de libertação intracelular pode ser uma estratégia efectiva para o tratamento de leucemia. Em resumo, foi estabelecida uma abordagem baseada em opto-nanomedicina para o tratamento e estudo de células estaminais de leucemia tanto in vitro como in vivo. Esta estratégia permite o controlo remoto sobre a libertação de biomoléculas com resolução espaço-temporal. Esta formulação fotossensível apresenta grande potencial para aplicação em terapias médicas e medicina regenerativa.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias