Superparamagnetic poly (methyl methacrylate) nanoparticles for biomedical applications

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Feuser, Paulo Emilio
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/168255
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016.
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spelling Superparamagnetic poly (methyl methacrylate) nanoparticles for biomedical applicationsEngenharia químicaÁcido fólicoPolimetil metacrilatoCâncerTratamentoPolimerização em emulsãoNanopartículasTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016.Abstract: Polymeric nanoparticles (NPs) with superparamagnetic properties and surface modified with folic acid (FA) can targeted drug delivery to tumors, which increase their cellular uptake (endocytosis) and therapeutic efficacy. Furthermore, NPs with superparamagnetic properties can induce cell death by hyperthermia (increasing cell temperature), and the combination of hyperthermia (HPT) with other methods like chemotherapy and radiotherapy turns these treatments much more effective. Having regard to the advantages and disadvantages of different therapeutic strategies, the idea of combining various treatments can be attractive for the next generation of cancer treatment. Thus the aim of this work was to synthesize by miniemulsion polymerization poly(methyl methacrylate) (PMMA) NPs with superparamagnetic properties for biomedical applications. In order to verify the effectiveness of NPs as drugs carrier systems, two antitumor compounds were used: zinc phthalocyanine (ZnPc), a second generation photosensitizer used in the treatment of cancer via photodynamic therapy (PDT) and lauryl gallate (G12), a derivative of gallic acid. With the aim to improve the drug delivery, the FA was used as a surface modifier of NPs. Finally, cytotoxicity and cellular uptake assay were performed in cells that express folate receptors (HeLa) to evaluate the entered mechanism of the prepared systems. The NPs obtained by minimeulsion polymerization presented a nanometric size, negative zeta potential and biocompatibility in tumor and non-tumor cells. From these excellent results of biocompatibility, ZnPc was encapsulated in PMMA NPs (PMMAZnPc). Cytotoxicity assays on leukemic cells (Jurkat and K562) showed a higher cytotoxic effect of PMMAZnPc than free ZnPc, suggesting that the death leukemic cells were by apoptosis. In another study, NPs with superparamagnetic properties (MNPs-PMMA) were obtained by miniemulsion polymerization. MNPs-PMMA NPs presented biocompatibility in tumor and non-tumor cells inducing the death of U87MG cells (~50%) by HPT. Simultaneous treatment by PDT and HPT in U87MG cells, with the simultaneous encapsulation of ZnPc and NPMs in PMMA NPs (PMMA-MNPsZnPc), showed a synergic effect when the treatments were combined. The in vitro results showed that the application of PDT and HPT together can be more effective than each of the two treatments applied separately. Finally, aiming toimprove the drug delivery efficacy, the surface of NPs were modified with folic acid (FA). The adsorption of the FA on PMMA NPs with superparamagnetic properties (FA-MNPsPMMA) increased internalization of NPs on cells that express folate receptors of type ß (K562). In another study, the G12 was encapsulated in superparamagnetic PMMA NPs (MNPsG12PMMA-FA). The simultaneous encapsulation presented a higher cytotoxic effect of FA-MNPsG12PMMA than NPs without FA, when incubated in HeLa cells. Cellular uptake assays and flow cytometry demonstrated a higher cellular uptake of FA-MNPsG12PMMA than NPs without FA, suggesting that these are internalized by folate receptor-mediated endocytosis mechanism. Furthermore, the encapsulation of G12 in PMMA NPs decreases possible cytotoxic effects of G12, in non-tumor cells and blood cells.<br>O câncer é o nome dado a um conjunto de mais de 100 doenças que tem em comum, o crescimento desordenado de células (maligno), que invadem os tecidos e órgãos podendo espalhar-se (metástase) para outras regiões do corpo e o câncer benigno, que significa simplesmente uma massa localizada de células que se multiplicam vagarosamente e se assemelham ao seu tecido original e raramente constitui risco de vida, dependendo do tempo de diagnóstico. Dados da Organização Mundial de Saúde (OMS) mostram que o câncer é a segunda principal causa de mortes em todo o mundo. Estima se que no ano de 2030, o câncer poderá matar 17 milhões de pessoas contra os 7,6 milhões de óbitos que provocou em 2007. Um grande esforço na busca de novos tratamentos para o câncer, como um tratamento mais seletivo das células cancerígenas vem ganhando destaque na literatura. A busca de novas formulações farmacêutica utilizando como ferramenta a nanotecnologia pode melhorar a eficácia terapêutica de fármacos já existente no mercado e consequentemente diminuir seus inúmeros efeitos adversos. Nanopartículas poliméricas (NPs) com propriedades superparamagneticas e superfície modificada com ácido fólico (FA) podem direcionar o fármaco encapsulado a uma célula tumoral alvo, no qual, melhora sua internalização celular (endocitose) e eficácia terapêutica, diminuindo assim seus efeitos tóxicos. Outra vantagem destes sistemas com propriedades superparamagnéticas, é que estas podem induzir a morte das células por hipertermia (HPT) (aumento da temperatura), sendo este tratamento muito mais eficaz quando associado a terapias convencionais, como a quimioterapia e a radioterapia. Tendo em conta as vantagens e desvantagens de diferentes estratégias terapêuticas, a ideia de combinar vários tratamentos, pode ser um atrativo para a próxima geração do tratamento do câncer. Com isso, o objetivo deste trabalho foi a síntese, caracterização e estudos in vitro das NPs de poli (metacrilato de metila) (PMMA) com propriedades superparamagnéticas, obtidas via polimerização em miniemulsão. A fim de verificar a eficácia das NPs como sistemas carreadores de fármacos, dois compostos antitumorais foram utilizados: a ftalocianina de zinco (ZnPc), um fotossensibilizante de segunda geração utilizado no tratamento do câncer via Terapia Fotodinâmica (PDT) e o lauril galato (G12), um derivado do ácido gálico. Com o intuito de melhorar a vetorização das NPs de PMMA, o AF foi usado como modificador desuperfície. Por fim, ensaios de citotoxicidade e internalização celular foram realizados em células que expressam receptores folatos, com o objetivo de avaliar o mecanismo de entrada dos sistemas preparados. As NPs de PMMA obtidas via polimerização em miniemulsão apresentaram um tamanho nanométrico, com potencial zeta negativo e biocompatibilidade em células tumorais e não tumorais. A partir destes excelentes resultados de biocompatibilidade, a ZnPc foi incorporada nas NPs de PMMA (PMMAZnPc). Ensaios de citotoxicidade em células leucêmicas (K562 e Jurkat) mostraram um maior efeito citotóxico da ZnPc encapsulada em NPs que ZnPc livre, sugerindo que a morte das células leucêumicas foi mediada por apoptose. Em outro estudo, NPs de PMMA com propriedades superparamagnéticas (MNPs-PMMA) foram obtidas via polimerização em miniemulsão. MNPs-PMMA NPs apresentaram biocompatibilidade em células tumorais e não tumorais, e induziram a morte das células U87MG (~50%) por HPT. O tratamento simultâneo (PDT e HPT) sobre as mesmas células (U87MG) com o encapsulamento simultâneo da ZnPc e NPMs em NPs de PMMA (MNPsZnPc-PMMA), apresentaram um efeito sinérgico. Os resultados in vitro mostraram que a aplicação da PDT e HPT simultaneamente podem ser mais eficazes quando aplicados simultaneamente. Por fim, visando uma melhor vetorização das NPs de PMMA quando o FA foi usado como agente ligante (FA-MNPsPMMA). A adsorção do FA nas NPs de PMMA com propriedades superparamagnéticas aumentou a internalização das NPs nas células que expressam receptores folatos (células K562). Em outro estudo o G12 foi incorporado nas NPs de PMMA. O encapsulamento simultâneo do G12 e NPMs em NPs de PMMA com superfície modificada, apresentou um maior efeito citotóxico sobre as células HeLa, quando comparado com as NPs sem FA. Ensaios de captação celular e citometria de fluxo demostraram uma maior internalização das NPs de PMMA com superfície modificada, sugerindo que estas são internalizadas via receptor folato mediado pelo mecanismo de endocitose. Além disso, o encapsulamento do G12 em NPs de PMMA diminui possíveis efeitos citotóxicos do G12, em células não tumorais e células do sangue.Araújo, Pedro Henrique Hermes deSayer, ClaudiaUniversidade Federal de Santa CatarinaFeuser, Paulo Emilio2016-09-20T05:07:27Z2016-09-20T05:07:27Z2016info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis200 p.| il., grafs., tabs.application/pdf339944https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/168255engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2016-09-20T05:07:27Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/168255Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732016-09-20T05:07:27Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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