Investigation of the potential of concomitant radiation therapy with gold nanoparticles for pancreatic cancer

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Alexandra Vitória Figueiredo
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/57241
Resumo: Tese de Mestrado, Engenharia Biomédica e Biofísica, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
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spelling Investigation of the potential of concomitant radiation therapy with gold nanoparticles for pancreatic cancerCancro pancreáticoRadioterapiaNanopartículas de ouroViabilidade celularEnsaio MTTTeses de mestrado - 2022Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências FísicasTese de Mestrado, Engenharia Biomédica e Biofísica, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasIntrodução: O cancro pancreático é considerado a sétima causa de morte por cancro a nível mundial. O diagnóstico tardio da patologia e a inexistência de um tratamento eficaz justificam as taxas de sobrevivência a 5 anos inferiores a 9%. Os doentes com cancro do pâncreas localmente avançado e não ressecável, cerca de 30% a 40% dos doentes, podem ser considerados para quimioterapia ou quimiorradioterapia, resultando numa sobrevivência global média de 15 a 16 meses. A radioterapia (RT) visa melhorar o controlo local ou retardar a progressão da doença. Contudo, apesar das novas técnicas de RT, continua a ser problemática a administração de doses de prescrição de radiação mais elevadas sem causar toxicidade grave nos tecidos saudáveis mais próximos. Nanopartículas constituídas por um material de número atómico (Z) elevado, especialmente nanopartículas de ouro (AuNPs, Z = 79), têm sido cada vez mais estudadas no contexto da RT devido à possibilidade de aumentarem os efeitos da radiação quando introduzidas em células tumorais. Este aumento está relacionado com um acréscimo na libertação de fotoeletrões, eletrões de Auger e fotões de fluorescência, após eventos de ionização associados ao efeito fotoelétrico. Contudo, o tamanho, o revestimento, a forma, entre outras características das AuNPs, são altamente reveladores para um potencial aumento dos efeitos da RT. Para além disso, as células tumorais em causa e as características do feixe que irradia estas células podem também exercer um papel importante. Assim, encontram-se reportadas inúmeras formulações de AuNPs, bem como diferentes conclusões em relação ao sucesso do efeito combinado da RT concomitante com AuNPs. O presente trabalho consistiu num estudo exploratório com o intuito de avaliar o potencial in vitro das AuNPs durante o tratamento com RaiosX de 6 MV de células de adenocarcinoma pancreático humano BxPC-3, através de ensaios de viabilidade celular (ensaios MTT). Materiais e Métodos: Neste estudo foram utilizadas AuNPs com ácidos hialurónico e oleico (HAOA-AuNPs) e AuNPs com bombesina (BBN-AuNPs). Recorreu-se às técnicas de Dispersão de Luz Dinâmica (Dynamic Light Scattering – DLS) e Microscopia de Força Atómica (Atomic Force Microscopy – AFM) para caracterizar as AuNPs em termos do seu tamanho e morfologia. A citoxicidade induzida por ambas as formulações de AuNPs nas células BxPC-3 foi avaliada recorrendo a incubação por 24 e 48 h com concentrações baseadas em ouro de 50, 200, e 400 μM. Foram realizados testes iniciais para avaliar o impacto que o transporte até ao local de irradiação teve nas células; bem como para selecionar a concentração celular e o tempo de incubação pós-irradiação ótimos a utilizar nos ensaios subsequentes. Foi construído um fantoma dedicado a este trabalho que maximizasse a reprodutibilidade do setup de irradiação e minimizasse o tempo de irradiação. Para estabelecimento das condições de irradiação, definiu-se como standard o seguinte setup: as células foram colocadas no isocentro a 10 cm de profundidade e irradiadas com um feixe fornecido por um acelerador linear Varian Edge de 6 MV com uma direção de irradiação posterior-anterior, um tamanho de campo de 20x20 cm2, e taxa de dose de 600 MU/min. Nos ensaios que pretenderam avaliar o efeito de RT+AuNPs, as células BxPC-3 foram semeadas em placas de 96 poços a uma concentração de 8x104 células/poço e após 24 h foram incubadas com 50, 200, e 400 μM de HAOA-AuNPs, e 50 e 200 μM de BBN-AuNPs por 4 h. Findo esse tempo, as placas de células foram irradiadas com doses que variaram de 2 a 10 Gy, dependendo do ensaio. Após irradiação, as células foram incubadas por 48 e 72 h até serem realizados os ensaios MTT. O impacto do espectro do feixe de radiação na RT com HAOA-AuNPs também foi testado através de duas condições: 1) variando os tamanhos de campo de 8x8 a 30x30 cm2, e 2) para um feixe sem filtro aplanador (free flattening filter – FFF). Por fim, foi realizada uma análise dosimétrica da distribuição de dose dos planos de RT utilizados durante as irradiações. Também foram testadas as distribuições de dose obtidas por dois planos baseados em múltiplos segmentos, com o intuito de avaliar o seu potencial para irradiação de cada placa de células com vários valores de dose. Resultados: Ambas as formulações de AuNPs apresentaram uma forma esférica. As HAOAAuNPs possuem um diâmetro médio de aproximadamente 120 nm para as duas técnicas usadas e as BBN-AuNPs um diâmetro médio de 690 e 47 nm obtidos com DLS e AFM, respetivamente. O transporte revelou um impacto negativo na viabilidade celular e os ensaios de citoxicidade revelaram que ambas as formulações de AuNPs induziram citoxicidade dependente da concentração testada. Para além disso, as BBN-AuNPs induziram citoxicidade dependente do tempo de incubação. Os ensaios posteriores revelaram que, às 48 h após irradiação, houve perdas significativas na viabilidade celular de 20 a 30% com o tratamento combinado de 2 Gy com 50 ou 200 μM de HAOA-AuNPs em comparação com o controlo (ausência de qualquer tratamento). No entanto, este tempo de incubação pós-irradiação revelou-se demasiado curto para avaliar os efeitos da RT. Às 72 h pós-irradiação, uma perda significativa na viabilidade celular de aproximadamente 40% em média foi obtida com o tratamento combinado de RT com 200 μM de HAOA-AuNPs comparando com o controlo (p < 0.0001). Em relação às BBN-AuNPs, uma perda significativa na viabilidade celular de aproximadamente 45% em média foi obtida com o tratamento combinado de RT com 50 μM destas NPs (p < 0.0001). Para ambas as formulações, os efeitos do tratamento combinado 72 h após irradiação, parecem ter origem num comportamento aditivo dos efeitos da RT e das AuNPs. Não foi obtida uma relação entre o aumento do tamanho de campo e a perda de viabilidade celular para o tratamento de RT com AuNPs. Quando as células BxPC-3 foram irradiadas com um feixe FFF, às 72h pós-irradiação obteve-se uma perda significativa na viabilidade celular de aproximadamente 40% em média para o tratamento combinado de RT com 200 μM de HAOA-AuNPs comparando com o controlo (p < 0.0001). Visto que foi obtida, em média, a mesma perda na viabilidade celular na situação com filtro aplanador (standard setup), a utilização do feixe FFF parece não ter originado um impacto diferente na viabilidade celular. Por fim, a análise dosimétrica confirmou que o plano standard de RT irradiou de forma homogénea todas as células incluídas nos vários poços da placa. Para além disso, os planos constituídos por múltiplos segmentos permitem uma irradiação homogénea com vários valores de dose das células em determinados grupos de poços cuidadosamente selecionados. Conclusão: Com base nos resultados obtidos no presente estudo é de apontar que o tempo de incubação após irradiação é extremamente relevante para avaliação da viabilidade celular com ensaio MTT. Para este tipo de ensaios, um tempo de incubação de 72 h revelou ser o mais adequado para avaliar os efeitos da RT nas células. O tratamento combinado de RT quer com HAOA-AuNPs a 200 μM, quer com BBN-AuNPs a 50 μM, levou a perdas de viabilidade celular médias significativas quando comparado com o grupo de controlo que não recebeu qualquer tratamento. Este efeito pareceu ter tido origem num comportamento aditivo entre RT e as AuNPs. Assim, para ambas as formulações de AuNPs, parece haver um potencial benefício do tratamento combinado. Dado o carácter exploratório deste estudo, é recomendada a validação destes resultados, por exemplo, recorrendo a outro tipo de ensaios ou para outras condições experimentais. Seria também de grande valor realizar futuros testes para avaliar as possíveis razões químicas e/ou biológicas do efeito do tratamento combinado. Uma avaliação da distribuição celular das células BxPC-3 ao longo das fases do ciclo celular, por exemplo, seria bastante interessante. Assim como testar o potencial das AuNPs na irradiação de outras linhas celulares de células tumorais pancreáticas humanas.Introduction: Pancreatic cancer is considered the seventh leading cause of cancer deaths worldwide. The lack of an effective treatment justifies the 5-year survival rates of less than 9%. Gold nanoparticles (AuNPs) may represent an opportunity to improve the quality of radiotherapy (RT) for pancreatic cancer patients. The present work consisted of an exploratory study aiming to evaluate the in vitro potential of concomitant RT with AuNPs in human pancreatic adenocarcinoma cells. Materials and Methods: In this study, AuNPs with hyaluronic and oleic acids (HAOAAuNPs) and AuNPs with bombesin (BBN-AuNPs) were used, and the cytotoxic effect of both formulations in BxPC-3 cells was assessed. Cells, with and without AuNPs at concentrations ranging from 50 to 200 μM, were irradiated with 6 MV X-rays at a 10 cm depth. Loss in cell viability induced by the combined treatment was evaluated 48 and 72 h after irradiation by MTT assay. Results: Both HAOA-AuNPs and BBN-AuNPs alone induced cytotoxicity in a dosedependent manner. At 72 h post-irradiation, a loss in cell viability of approximately 40% on average was obtained with RT plus 200 μM of HAOA-AuNPs when compared to the absence of any treatment (control) (p < 0.0001). Similar results were obtained for RT with BBN-AuNPs at 50 μM. In both situations, the effect of the combined treatment was seemed to be caused by an additive behaviour. Conclusion: The post-irradiation incubation time is extremely relevant for the evaluation of cell viability by MTT assay. Here, the 72-h post-irradiation time proved to be the most appropriate to evaluate the effects of RT. As RT with AuNPs led to cell viability loss significantly different from the control, there appears to be a potential benefit from the combined treatment. Given the exploratory nature of this study, it is recommended to validate these results for other experimental conditions.Ferreira, Brígida da CostaReis, Catarina PintoRepositório da Universidade de LisboaMartins, Alexandra Vitória Figueiredo2023-04-21T16:39:06Z202220222022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/57241enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T17:05:21Zoai:repositorio.ul.pt:10451/57241Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:07:40.469989Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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