Una nueva nanopartícula de PLGA teranóstica sensible al pH para la terapia de captura de neutrones de boro en el tratamiento del mesotelioma

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 620 (2023) Citar este artículo

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Este estudio tiene como objetivo desarrollar nanopartículas de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) con un enfoque innovador guiado por imágenes basado en la terapia de captura de neutrones de boro para el tratamiento del mesotelioma. Los resultados aquí presentados demuestran que las nanopartículas de PLGA que incorporan cadenas de oligohistidina y el agente teranástico dual Gd/B AT101 pueden explotarse con éxito para administrar una dosis terapéutica de boro a las células de mesotelioma, significativamente mayor que en las células mesoteliales sanas, según lo evaluado por ICP- EM y resonancia magnética. La liberación selectiva responde al pH aprovechando el pH ligeramente ácido del entorno extracelular del tumor y desencadenada por la protonación de los grupos imidazol de la histidina. Después de la irradiación con neutrones térmicos, se evaluó la supervivencia y la capacidad clonogénica de las células tumorales y sanas. Los resultados obtenidos parecen muy prometedores y proporcionan a los pacientes afectados por esta rara enfermedad una opción terapéutica mejorada, aprovechando las nanopartículas de PLGA.

El mesotelioma maligno (MM) es un tumor agresivo con mal pronóstico cuya incidencia y mortalidad son función de la exposición pasada al amianto, incluso después de un período de latencia de 30 a 50 años. El MM está reconocido como una enfermedad ocupacional rara que carece de tratamiento eficaz y la mediana de supervivencia después del diagnóstico es inferior a 9 a 12 meses1,2. El MM es un tumor diseminado que se extiende dentro de toda la pleura o peritoneo. Las radioterapias convencionales tienen una eficacia limitada debido a varios tejidos radiosensibles, que limitan la dosis máxima que se puede administrar a los nódulos malignos. Hoy en día, las terapias dirigidas representan uno de los principales focos de investigación del cáncer y se espera que muchos avances futuros en el tratamiento del cáncer provengan de este enfoque. Sin embargo, todavía no existe una terapia eficaz basada en la focalización molecular contra el MM. Básicamente, sigue siendo un desafío para los médicos realizar un diagnóstico temprano de MM debido a la falta de conocimiento de los biomarcadores precisos del MM. A pesar de los numerosos estudios destinados a encontrar biomarcadores adecuados en sangre y derrame pleural, estos esfuerzos aún no han producido una herramienta de diagnóstico eficaz3,4. Por tanto, la opción de tratamiento estándar sigue siendo una biopsia invasiva seguida de una quimioterapia con cisplatino y pemetrexed, con o sin bevacizumab5, con muchos efectos secundarios y baja eficacia. En este contexto, las nanopartículas poliméricas pueden ser una buena opción para la administración de fármacos y agentes de obtención de imágenes a las células cancerosas del mesotelioma, mejorando la eficacia terapéutica y diagnóstica y disminuyendo la toxicidad fuera del objetivo6. Las nanopartículas pueden liberar fármacos específicamente en el sitio del tumor debido a la permeabilidad local mejorada y al efecto de retención. Entre los diferentes polímeros biodegradables que recientemente han recibido gran atención, se han propuesto nanopartículas de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA-NP) como agentes de administración para el tratamiento del cáncer7,8,9,10. Entre los sistemas de administración de fármacos aprobados por la FDA de EE. UU., los PLGA se encuentran entre los polímeros biodegradables más eficaces, debido a sus propiedades de liberación controlada y sostenida, baja toxicidad y biocompatibilidad con tejidos y células. En este artículo, cargamos los PLGA-NP con un compuesto de diagnóstico y terapia dual que lleva un agente de contraste para imágenes por resonancia magnética (MRI) basado en Gd y un resto carborano (grupos lipófilos icosaédricos que contienen átomos de boro) utilizados para la terapia de captura de neutrones (NCT). . La NCT es un ejemplo de terapia dirigida con buena eficacia y baja toxicidad que proporciona una muerte celular selectiva del tumor11,12,13. Más específicamente, esta terapia puede combinar la irradiación de neutrones térmicos de baja energía con la presencia de agentes que contienen boro en los tejidos patológicos objetivo. Los neutrones son capturados por el 10B no radiactivo, lo que desencadena una reacción nuclear de descomposición que libera partículas alfa y 7Li, provocando un alto daño biológico en aproximadamente 10 µm de diámetro, que es menor que el diámetro promedio de una célula de mamífero. Por lo tanto, al administrar boro y producir radiación alfa de forma selectiva en las células enfermas, la NCT puede matar las patológicas sin afectar los tejidos sanos circundantes. Estas características hacen de la BNCT un tratamiento prometedor para metástasis difusas y tumores infiltrantes como el mesotelioma, que no pueden ser tratados o son resistentes a métodos habitualmente aplicables en una masa tumoral localizada, como la radioterapia convencional o la cirugía14. La BNCT se ha aplicado a melanoma de piel, tumores cerebrales, de cabeza y cuello, y se ha recopilado una gran cantidad de datos clínicos a través de los diferentes ensayos clínicos (fase I/II) realizados en Japón, EE.UU., Países Bajos, Suecia, Finlandia, Argentina. y Taiwán15,16. Nakamura y sus colaboradores desarrollaron recientemente un ácido hialurónico que contiene mercaptoundecahidro-closo-dodecaborato (BSH) de sodio administrado específicamente al MM en modelos preclínicos de ratón17. Además, en 2006, un pequeño número de pacientes con MM fueron tratados de forma segura con BNCT en Japón, logrando una paliación significativa de los síntomas18. Sin embargo, para lograr la eficacia del BNCT, los portadores de boro deben respetar diferentes condiciones: (i) baja toxicidad sistémica; (ii) alta selectividad para las células tumorales; (iii) larga vida media dentro del tumor durante la duración del tratamiento. Se ha estimado que se necesitan aproximadamente 10-30 μg de B por gramo de masa tumoral para lograr un tratamiento eficaz, utilizando un tiempo de irradiación tolerable y una fuente de neutrones adecuada19. Los dos compuestos que se utilizan actualmente en ensayos clínicos son la p-borono-l-fenilalanina (BPA) (utilizada en ensayos para glioblastoma, cáncer de cabeza y cuello y melanoma) y BSH (diseñado para tratamientos de tumores cerebrales). Estos agentes producen una relación de concentración de boro entre tumor y tejido normal de entre 3 y 6, lo que permite un tratamiento seguro y bastante eficaz. Sin embargo, existe una opinión generalizada en la comunidad científica de que será posible una aplicación clínica más amplia de la BNCT cuando se mejore aún más la capacidad de atacar las células tumorales19. Como ejemplo de una estrategia de focalización exitosa, nuestro grupo ha propuesto lipoproteínas de baja densidad (LDL) cargadas con AT101 como portador de lípidos endógenos para la administración específica de boro a diferentes tipos de tumores como el melanoma20, metástasis pulmonares de mama21 y recientemente mesotelioma22. AT101 (Esquema 1) es un agente dual que contiene un resto carborano funcionalizado con un agente de contraste a base de Gd. Entre los derivados del boro, los carboranos ocupan una posición especial tanto por su alto contenido en boro (10 átomos de B) como por su versatilidad química unida a una alta estabilidad in vivo23,24,25,26.

Representación esquemática de nanopartículas PLGA-His.

En este estudio, se desarrollaron nanopartículas de PLGA funcionalizadas con una secuencia de aminoácidos única que consta de 15 residuos de histidina (His) (CGGH15βA), concretamente PLGA-His, para la liberación controlada del agente que contiene B en las proximidades del microambiente tumoral con un mecanismo desencadenado por el pH. De hecho, el pKa de la histidina en su forma oligomérica es aproximadamente 6,827, por lo que estando por debajo de pH 7 el anillo de imidazol está protonado. Esto ocurre también cuando el oligo-His se conjuga con una cadena polimérica PLGA formando una nanopartícula estable28. Esto se demostró gracias a la presencia de átomos de histidina 14N que provocan una mejora de la relajación cuadrupolar (también llamada Pico Cuadrupolar, QP) a 1,39 MHz, bien detectable utilizando un relaxómetro de RMN de ciclo rápido de campo28. La mejora de la relajación depende del pH en el rango de 6,5 a 7,5, por lo que actúa como indicador de la integridad de la nanopartícula o del andamio28,29. Como se ha demostrado que en el microambiente del cáncer el pH está alterado y es más ácido que el fisiológico30, aquí proponemos el uso de estas nanopartículas sensibles al pH que contienen B y Gd que interactúan selectivamente con las membranas celulares para liberar el fármaco encapsulado en la proximidad de los tejidos tumorales. El uso de materiales híbridos de polímeros conjugados con polihistidina para la administración de doxorrubicina sensible al pH ya se informa en la literatura31,32. Además, en este estudio, la administración selectiva de B y Gd que contiene NP teranósticas activada por pH se utilizó para un tratamiento selectivo del mesotelioma con BNCT. La presencia de indicadores de resonancia magnética basados en Gd33 permite la determinación cuantitativa indirecta de boro en el sitio objetivo antes y durante la irradiación de neutrones33,34,35,36. Este enfoque puede abrir nuevas estrategias terapéuticas para los pacientes afectados por MM, lo que conducirá a mejores resultados del tratamiento en términos de tiempo de supervivencia y calidad de vida.

PLGA Resomer® RG 502 H, Mowiol 4–88 (Poli(alcohol vinílico), Mw ~ 31 000), DSPE-PEG(2000)metoxi(1,2-diestearoil-sn-glicero-3-fosfoetanolamina-N[metoxi(polietileno) glicol)-2000] y todos los demás productos químicos y disolventes se adquirieron en Merk Life Science Srl (Milán, Italia).

Oligo-His-PLGA se preparó según el procedimiento informado anteriormente28. Brevemente, la secuencia peptídica CGGH15βA se ensambló mediante síntesis peptídica automatizada en fase sólida y luego se conjugó con un PLGA-PEG2-Mal, preparado internamente a partir de PLGA Resomer® RG 502 H y Maleimida-PEG2-NH2. Se preparó AT101 enriquecido con 10B (ligando-C-[N-(DOTAMA-C6)-carbamoilmetil]C′-palmitamidometil-o-carborano enriquecido con 10B) de acuerdo con el procedimiento informado anteriormente37.

Las NP de PLGA se obtuvieron siguiendo el método de emulsión o/w38. La fase orgánica se preparó disolviendo 12,5 mg de PLGA Resomer® RG 502 H, 12,5 mg de Oligo-His-PLGA, 2,2 mg de DSPE-PEG(2000)metoxi y 3 mg de AT101 disueltos en 0,5 ml de solución 3:1 ( v/v) cloroformo-metanol. El PLGA-CTRL se realizó siguiendo el mismo procedimiento disolviendo 25 mg de PLGA RG 502H, sin ninguna parte del Resomero conjugado con -Oligo-Histidina. La fase acuosa consistió en 3 ml de una solución acuosa de Mowiol 4–88 al 3% (p/v). La solución orgánica de PLGA se mezcló con la solución de PVA gota a gota y se sonicó inmediatamente a 4 °C, 4 veces, durante 1 min, al 100% de potencia de sonicación. La fase orgánica se eliminó mediante evaporación rotatoria en un matraz redondo de vidrio de 500 ml durante 2 h. Después de la evaporación, el fármaco no atrapado se eliminó mediante diálisis (corte de peso molecular de 14.000 Da) a 4 °C en 2 litros de tampón isotónico NaCl/Hepes (HBS). El exceso de PVA se eliminó lavando la solución de NP con un filtro vivaspin 20 (Sartorius AG, Goettingen, Alemania, corte de 1 × 106 Da) y al final del paso de lavado, se obtuvo un volumen final de 3 ml. alcanzado para todas las suspensiones de nanopartículas consideradas. La cantidad de Gd y B incorporada en las nanopartículas de PLGA se midió mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS; elemento-2; Thermo-Finnigan, Rodano (MI), Italia) después de la digestión de la muestra realizada con HNO3 concentrado (70%, 0,4 ml). calentando a 150 °C durante 8′ bajo un sistema de digestión por microondas (ETHOS UP Milestone, Bérgamo, Italia). La cantidad de Gd se verificó dos veces mediante medición de resonancia magnética nuclear R1 1H a 21,5 MHz, 25 °C (Stelar Spinmaster, Mede, Italia) de la solución compleja mineralizada (en HCl 6 M a 120 °C durante 16 h). El diámetro medio hidratado y el potencial z de las nanopartículas se determinaron utilizando un medidor Malvern Zeta 3000HS de dispersión dinámica de luz (DLS). (Malvern, Reino Unido) Las nanopartículas se almacenaron en la oscuridad a 4 °C hasta su posterior análisis.

La estabilidad de las NP de PLGA-CTRL y PLGA-His se realizó incubando ambas NP en 40 ml de tampón NaCl/Hepes a pH 6,0 o 7,4 a 37 °C en diálisis en membranas de 14 KDa y sus tasas de relajación longitudinal (R1 obs. ) se midieron después de 3, 6, 24, 48 y 72 h a 21,5 MHz y 25 °C.

Las líneas celulares mesoteliales sanas humanas de mesotelioma murino AB22 y MeT-5A se adquirieron de Sigma y ATCC respectivamente. Las células AB22 se cultivaron en medio RPMI suplementado con Hepes 25 mM, FBS al 10 %, P/S al 1 % y glutamina 2 mM, mientras que MeT-5A se cultivaron en medio 199 suplementado con FBS al 10 %, P/S al 1 %, 8,7 %. E-4 mM de insulina bovina, 3,3E-6 mM de EGF humano, 4E-4 mM de hidrocortisona y oligoelementos B (Corning) y mantenidos en una incubadora con CO2 al 5% a 37 °C.

Se sembraron 5 x 105 células AB22 y MeT-5A en placas de Petri de 6 cm de diámetro y se mantuvieron hasta alcanzar el 80% de confluencia. Posteriormente, se incubaron concentraciones crecientes de nanopartículas de PLGA-CTRL y PLGA-His que contenían Gd durante 24 h a 37 °C. Después de la incubación, las células se lavaron tres veces con PBS y se separaron con una solución de Tripsina/EDTA (ácido etilendiaminotetraacético). Luego, los sedimentos celulares se resuspendieron en 0,2 ml de PBS, se sonicaron (30% de potencia, 30 s) en hielo y se mineralizaron según el procedimiento informado anteriormente. Las proteínas celulares de cada muestra se cuantificaron utilizando el ensayo comercial de Bradford (Biorad). Los nmoles de Gd y B internalizados por cada muestra de células, medidos por ICP-MS, se normalizaron con respecto al número total de células. El número de células se obtuvo a partir de los mg de proteínas celulares medidos mediante el ensayo de Bradford, utilizando la curva de calibración: [(mg de proteína)/(número de células)]. De esta calibración, 1 millón de AB22 y MeT-5A corresponden a 0,606 y 0,435 mg de proteínas, respectivamente. A partir de los datos de ICP-MS, fue posible calcular las ppm de boro suponiendo una densidad de ca. 108 células por cm3 en el caso de tumores epiteliales (con un diámetro entre 15 y 20 µm)38.

Imágenes ponderadas en T1: capilares de vidrio que contienen sedimentos de células de NP no tratadas o tratadas con (0,0974 mM [Gd]) AB22 y MeT-5A se colocaron en un fantasma de agar y se adquirieron mediante resonancia magnética utilizando un espectrómetro Bruker Avance Neo de 300 MHz (7 T) equipado. con una sonda de microimagen Micro 2.5 (BrukerBioSpin, Ettlingen, Alemania). Las imágenes T1W se obtuvieron utilizando una secuencia MSME (Multi-Slice Multi-Echo) estándar con los siguientes parámetros: TR = 250 ms, TE = 3 ms, FOV = 12 × 12 mm, grosor del corte = 1 mm, NEX = 6, matriz tamaño 128 × 128.

Los matraces T25 de AB22 y MeT-5A se trataron durante 24 h en presencia de PLGA-CTRL y PLGA-His NP (97 µM [Gd] y 970 µM [B]). Después de la incubación, las células se lavaron con PBS y se renovó su medio. Los matraces tratados y los matraces que contenían células de control no tratadas se irradiaron durante 15' a una potencia del reactor de 30 kW en la columna térmica del reactor TRIGA Mark II de la Universidad de Pavía, Italia. Al final de la irradiación, se eliminó el medio, se reemplazó con medio fresco y los matraces se colocaron a 37 °C en una atmósfera humidificada con 5% de CO2 por otras 24 h. Al día siguiente, los matraces no tratados y tratados se separaron con tripsina/EDTA y se realizó el ensayo de exclusión de azul tripán. La viabilidad de las células tratadas y no tratadas irradiadas se comparó con las no irradiadas. El porcentaje de células viables de cada condición se calculó estableciendo el número de células no irradiadas y no tratadas al 100% de viabilidad.

El ensayo clonógeno de células tratadas y no tratadas irradiadas y no irradiadas se realizó sembrando alrededor de 200 células de cada matraz diferente en placas de cultivo de 6 cm de diámetro. El crecimiento de las células se siguió durante 18 días. El medio se renovó después de 2 a 3 días. Después de 18 días, las células se lavaron con PBS, se fijaron en metanol (25') y se tiñeron con Crystal Violet al 0,5% (p/v) en etanol al 20% (30'). El cristal violeta se retiró con cuidado y se enjuagó con agua del grifo. Finalmente, el número de colonias se calculó mediante el software ImageJ. El % se calculó ajustando las células de control irradiadas al 100%.

La conjugación de PLGA con el oligo-His (Oligo-His-PLGA) se llevó a cabo siguiendo un procedimiento ya descrito28, basado en una reacción de adición de tiol-Michael entre PLGA-PEG2-maleimida y un oligo-His que contiene una cisteína N-terminal. residuo (secuencia de aminoácidos: CGGHnβA, n = 15). Las PLGA-NP se prepararon siguiendo el método de extracción con disolvente en emulsión o/w38 utilizando el 100% del PLGA disponible comercialmente (MW = 7–17 kDa; denominado PLGA-CTRL) o mezclando el 50% de este PLGA con el 50% de Oligo-His- PLGA (PLGA-Su). El agente teranóstico AT101 (Esquema 1) se cargó en las NP agregándolo a la fase orgánica que contenía polímeros PLGA. Después de la diálisis, la cantidad de AT101 que quedaba encapsulado con muy buenos rendimientos (>82%), se determinó midiendo tanto B como Gd mediante ICP-MS. Los diámetros hidrodinámicos promedio de las nanopartículas de PLGA, la relaxividad milimolar y el potencial superficial promedio de las nanopartículas se informan en la Tabla 1.

El potencial Z bajo y ligeramente negativo observado en ambas NP se debe al efecto de blindaje de las cargas negativas de PLGA causadas por el recubrimiento de PVA y DSPE-PEG39,40. Por la misma razón, sólo se midió un ligero aumento del potencial Z en PLGA-His a pH < 6,5. Además, parte del oligo-His protonado puede permanecer en el núcleo de la partícula, reduciendo así su contribución al potencial Z medido (Tabla 1). Las nanopartículas se almacenaron a 4 °C y su tamaño se midió mediante DLS cada 15 días. Los resultados se presentan en la Tabla 2.

La relaxividad (r1p) es una expresión de la eficiencia del agente de contraste y corresponde a la contribución paramagnética a la tasa de relajación longitudinal normalizada a la concentración mM de la solución de complejo de Gd. Tanto PLGA-CTRL como PLGA-His muestran un valor de r1p de 4 a 5 veces mayor (aprox. 18 s−1 mM−1, a 21,5 MHz y 25 °C, Tabla 1) con respecto a los observados con Gd-utilizado clínicamente. agentes de contraste basados (en el rango 4-5 mM-1 s-1)41. Esto es una indicación del largo tiempo de volteo que ocupan los complejos AT101 cuando se cargan en la NP y la sensibilidad mejorada reduce el límite de detección de estas sondas de imágenes cuando se internalizan en una NP. La estabilidad a 37 °C del sistema de administración se evaluó monitoreando durante 72 h las tasas de relajación de las soluciones de PLGA-NP a pH fisiológico y tumoral, en un tampón salino (tampón Hepes-NaCl). Para ello, se agitaron soluciones que contenían PLGA-CTRL y PLGA-His a 37 °C, tanto a pH 7,4 como a 6,0, durante 72 h en diálisis (corte de 14 KDa). Las tasas de relajación de la solución de PLGA en la membrana de diálisis se midieron después de 3, 6, 24, 48 y 72 h de incubación. A pesar de que la Fig. 1 muestra que los PLGA-CTRL son esencialmente estables durante 72 h en estas condiciones, en el caso de PLGA-His, se observó un aumento de R1 (s−1) cuando se incuba a pH ácido, debido a la protonación del Grupos imidazol presentes en las NP, con la consiguiente alteración de su estructura fisicoquímica produciendo un hinchamiento de la NP que facilita la permeación del agua. La hinchazón de la NP se confirmó midiendo el tamaño de PLGA-CTRL y PLGA-His después de 24 h de incubación a pH = 6,0 y 37 °C. De hecho, a pesar de que el diámetro hidrodinámico medido en PLGA-CTRL permaneció casi sin cambios (149,0 ± 4 nm), el diámetro medido de PLGA-His a pH 6,0 (160,4 ± 3,2 nm) aumentó aproximadamente un 12%, confirmando así la hinchazón de las nanopartículas y el aumento de volumen. Además, como se informó en la introducción, las cadenas de oligohistidina muestran un pico de relajación característico a 1,38 MHz debido a la frecuencia de resonancia del cuadrupolo nuclear 14N de los grupos imidazol presentes en la cadena oligomérica, bien distintos de los QP generados por el tejido de fondo. Como el pico de relajación cuadrupolar 14N solo puede observarse en sistemas inmovilizados, los cambios en la intensidad de los QP de imidazol pueden actuar como indicadores del estado físico del estado sólido/líquido del poli-His y de la hinchazón relacionada con el pH del microambiente. En la referencia 28 se demostró que la protonación del grupo imidazol de la histidina (pKa = 6,8) aumentaba el hinchamiento de las partículas y la solubilidad del polímero con el consiguiente aumento de la movilidad y la desaparición progresiva de los QP a pH <6,0. Desafortunadamente, los QP no fueron detectables en el PLGA-His utilizado en este trabajo, ya que el complejo de Gd paramagnético cargado aumenta drásticamente la tasa de relajación y se convierte en el proceso de relajación predominante.

Tasas de relajación longitudinal (R1, s−1) de soluciones de HBS mantenidas a 37 °C durante un máximo de 72 h que contienen PLGA-CTRL a pH = 7,4 (O) y pH = 6 (círculo relleno) o PLGA-His a pH = 7,4 ( cuadrado abierto) y pH = 6 (cuadrado relleno).

Para confirmar esta hipótesis, se midió la concentración de Gd en las soluciones dentro de la membrana de diálisis (diluidas 1:1 con tampón) después de 0, 24 y 72 h de incubación a 37 °C a pH 7,4 y 6. Los resultados reportados en La Tabla 3 muestra que solo a pH 6 se observó una liberación significativa de AT101 después de 24 y 72 h de incubación, lo que confirma la estabilidad reducida de la nanopartícula a este pH.

Los estudios de absorción se realizaron utilizando líneas celulares de mesotelioma murino AB22 y, como control, líneas celulares de mesotelio humano sano MeT-5A, respectivamente. Las dos líneas celulares se incubaron durante 24 h con concentraciones crecientes de Gd tanto de PLGA-His como de PLGA-CTRL y, después de 24 h, la cantidad de Gd y B internalizados se midieron mediante ICP-MS y se normalizaron con respecto a las proteínas celulares totales. La Figura 2 muestra que la absorción de nanopartículas por las células tumorales AB22 parece aumentar en general en comparación con la línea celular mesotelial sana MeT-5A. Además, la absorción de las nanopartículas recubiertas de oligo-His parece mejorar aún más en la línea celular de mesotelioma AB22 en comparación con las nanopartículas no conjugadas. En conclusión, la presencia de histidina en PLGA-His no afecta la absorción de las NP en células sanas, lo que sugiere un mecanismo específico desencadenado por el pH que ocurre solo en células malignas, lo que hace que estas NP sean adecuadas para atacar específicamente este tipo agresivo de células tumorales.

El estudio de absorción se realizó incubando una concentración creciente de Gd en PLGA-CTRL y PLGA-His en AB22 y MeT-5A durante 24 h a 37 °C, 5 % de CO2.

A partir de los datos obtenidos mediante análisis ICP-MS, al convertir mg de proteínas en número de células (1 mg de proteína corresponde a 1,7 y 6,3 millones de células para AB22 y MeT-5A, respectivamente) y asumiendo que en el caso de tumores epiteliales ( con un diámetro que oscila entre 15 y 20 μm), una densidad de ca. 108 células por cm3 es un número razonable para estos tejidos tumorales42, fue posible calcular las ppm máximas de B internalizadas en las células, reportadas en la Tabla 4.

Posteriormente, para evaluar si la concentración del AT101 internalizado era suficiente para la generación de una mejora detectable en la intensidad de la señal de resonancia magnética, se adquirió una imagen ponderada en T1 en células AB22 y MeT-5A incubadas con PLGA-CTRL o PLGA-His, ambas a 0,097 mM (concentración de Gd) y después del lavado, centrifugar las células en el fondo de capilares de vidrio. Como podemos observar en la Fig. 3, la absorción de las nanopartículas es consistente con los hallazgos anteriores, lo que sugiere una mayor absorción de PLGA-His en las células de mesotelioma en comparación con las sanas y también en comparación con las células incubadas con PLGA-CTRL.

Imagen de resonancia magnética T1w de capilares de vidrio que contienen sedimentos de células AB22 y MeT-5A incubadas con PLGA-CTRL (3 y 6), PLGA-His (2 y 5) y células de control no tratadas (1 y 4).

Las células incubadas con nanopartículas de PLGA que encapsulan AT101 fueron irradiadas con neutrones térmicos en el reactor nuclear Triga Mark II de la Universidad de Pavía. Para este conjunto de experimentos, se preincubaron células AB22 y MeT-5A durante 24 h en tres condiciones diferentes: (1) solo con medio (células CTRL), (2) con PLGA-CTRL y (3) con PLGA-His. . Las PLGA-NP se incubaron a una concentración correspondiente a una concentración de Gd de 0,097 mM en el medio celular. Las células se irradiaron en la columna térmica durante 15' con una potencia del reactor de 30 kW. Como se muestra en la Fig. 4A, se detecta claramente un fuerte efecto citotóxico de BNCT en las células AB22, con una disminución significativa en el número de células 24 h después de la irradiación. De hecho, tras la irradiación, en comparación con el grupo control irradiado, el 30% de las células AB22 tratadas con PLGA-CTRL murieron, y respecto a PLGA-His, el porcentaje aumenta hasta el 60%. Por el contrario, las células MeT-5A no mostraron una disminución significativa 24 h después de la irradiación, lo que coincide con la menor absorción de NP de este tipo de células (como se muestra en la Fig. 2 y la Tabla 2). Esta observación está respaldada por los resultados obtenidos con el ensayo clonogénico realizado el día 18 después de la irradiación. De hecho, la Fig. 4B muestra que AB22 después de la irradiación, en particular si se trata con PLGA-His, deja de formar colonias. Estos resultados sugieren una disminución significativa en la capacidad de las células de mesotelioma para volver a unirse y cuando se tratan con PLGA NP, particularmente efectivas en el caso de la administración de PLGA-His. Por el contrario, las células sanas MeT-5A muestran sólo una formación de colonias ligeramente reducida con respecto a las células de control irradiadas y no tratadas.

(A) Recuento de células normalizado 24 h después de la irradiación de neutrones, realizado en AB22 y MeT-5A previamente tratados con PLGA-CTRL o PLGA-His y comparados con células no tratadas. La significación estadística se determinó mediante la prueba T de Student (***P < 0,01); (B) ensayo clonogénico realizado 18 días después de la irradiación de neutrones. El número de colonias se calculó mediante el software ImageJ. El % se calculó ajustando las células de control irradiadas al 100%.

El mesotelioma es un cáncer agresivo asociado con la exposición al asbesto. Aunque el amianto está prohibido en varios países, se prevé que una epidemia de mesotelioma afectará a los países de ingresos medios durante este siglo debido a su elevado consumo de amianto. Los pacientes afectados por esta enfermedad suelen presentar un mal pronóstico debido a la falta de terapias significativas y efectivas, ya que la quimioterapia convencional no logra afectar y erradicar este subtipo de cáncer de manera efectiva43. Aunque trabajos recientes han encontrado importantes posibilidades de tratamiento, identificando vulnerabilidades genéticas y fisiopatológicas, el mesotelioma sigue siendo uno de los cánceres con la tasa de supervivencia más baja. Por lo tanto, en este artículo deberíamos demostrar la posibilidad de un enfoque innovador, basado en la terapia de captura de neutrones de boro, con un compuesto teranóstico administrado por nanopartículas de PLGA. Desarrollamos y caracterizamos nanopartículas de PLGA que contienen cadenas de polihistidina, capaces de retener el compuesto teranóstico AT101 de forma eficaz y administrarlo específicamente a las células tumorales, aprovechando así al máximo esta radioterapia predirigida. En este artículo se demostró cómo estas nanopartículas son absorbidas preferentemente por el mesotelioma que por las células mesoteliales sanas, lo que sugiere la posibilidad de un enfoque terapéutico dirigido a la cura de esta terrible enfermedad. En consecuencia, las células del mesotelioma AB22 se vieron fuertemente afectadas por la irradiación de neutrones causando daños irreversibles, mientras que un alto porcentaje de células sanas se salvaron del mismo tratamiento, como también lo demostró el ensayo clonogénico. Por tanto, proponemos BNCT como una posible estrategia terapéutica alternativa para tratar el mesotelioma.

Los conjuntos de datos utilizados y analizados durante el estudio actual se compartirán previa solicitud. Las solicitudes deben dirigirse al autor correspondiente.

van Meerbeeck, JP, Scherpereel, A., Surmont, VF & Baas, P. Mesotelioma pleural maligno: el estándar de atención y los desafíos para el manejo futuro. Crítico. Rdo. Oncol. Hematol. 78, 92-111 (2011).

Artículo de Google Scholar

Røe, OD & Stella, GM Mesotelioma pleural maligno: historia, controversia y futuro de una epidemia provocada por el hombre. EUR. Respirar. Rev. 24, 115-131 (2015).

Artículo de Google Scholar

Lagniau, S., Lamote, K., van Meerbeeck, JP y Vermaelen, KY Biomarcadores para el diagnóstico temprano del mesotelioma maligno: ¿Necesitamos otro disparo a la luna? Oncotarget 8, 53751–53762 (2017).

Artículo de Google Scholar

Tsuji, S. y col. HEG1 es una nueva proteína de membrana similar a la mucina que sirve como objetivo diagnóstico y terapéutico para el mesotelioma maligno. Ciencia. Rep. 7, 45768 (2017).

ADS del artículo Google Scholar

Dubois, F. y col. Alteraciones moleculares en el mesotelioma pleural maligno: una esperanza para un tratamiento eficaz dirigido a YAP. Objetivo Oncol. 17, 407–431 (2022).

Artículo de Google Scholar

Baetke, SC, Lammers, T. & Kiessling, F. Aplicaciones de nanopartículas para el diagnóstico y terapia del cáncer. Hno. J. Radiol. 88, 20150207 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Rezvantalab, S. et al. Nanopartículas basadas en PLGA en el tratamiento del cáncer. Frente. Farmacéutico. 9, 1260 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Menale, C. y col. Eficacia de las nanopartículas de PLGA cargadas con piroxicam más cisplatino para inducir la apoptosis en células de mesotelioma. Farmacéutica. Res. 32, 362–374 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Mayol, L. y col. Las nanopartículas de mezcla de PLGA y poloxámero cargadas de curcumina inducen la detención del ciclo celular en células de mesotelioma. EUR. J. Farmacéutica. Biofarmacia. Rev. 93, 37–45 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Alberti, D. y col. Nanopartículas teranósticas cargadas con sondas de imágenes y rubrocurcumina para la terapia combinada contra el cáncer dirigida al receptor de folato. ChemMedChem 12, 502–509 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Jin, WH, Seldon, C., Butkus, M., Sauerwein, W. y Giap, HB Una revisión de la terapia de captura de neutrones de boro: su historia y desafíos actuales. En t. J. Parte Ther. 9, 71–82 (2022).

Artículo de Google Scholar

Sauerwein, WAG et al. Teranósticos en la terapia de captura de neutrones de boro. Vida 11, 330 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Hosmane, NS, Maguire, JA, Zhu, Y. & Takagaki, M. Terapia de captura de neutrones con boro y gadolinio para el tratamiento del cáncer (World Scientific Publishing Co. Pte Ltd, 2012).

Reservar Google Académico

Wang, S., Zhang, Z., Miao, L. & Li, Y. Terapia de captura de neutrones con boro: estado actual y desafíos. Frente. Oncol. 12, 788770 (2022).

Artículo de Google Scholar

Sauerwein, WAG, Wittig, A., Moss, R. y Nakagawa, Y. Terapia de captura de neutrones, principios y aplicaciones (Springer, 2012).

Reservar Google Académico

Barth, RF y cols. Estado actual de la terapia de captura de neutrones de boro para gliomas de alto grado y cáncer de cabeza y cuello recurrente. Radiación. Oncol. 7, 146 (2012).

Artículo de Google Scholar

Sasai, M. y col. La nueva formulación de hialuronano mejora la eficacia de la terapia de captura de neutrones de boro para el mesotelioma murino. Res. anticancerígena. 36, 907–911 (2016).

CAS Google Académico

Suzuki, M. y col. Viabilidad de la terapia de captura de neutrones de boro (BNCT) para el mesotelioma pleural maligno desde el punto de vista del análisis de distribución de dosis. En t. J. Radiat. Oncol. Biol. Física. 66, 1584-1589 (2006).

Artículo de Google Scholar

Barth, RF La terapia de captura de neutrones con boro en la encrucijada: desafíos y oportunidades. Aplica. Radiación. Isot. 67, T3-6 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Geninatti-Crich, S. et al. Terapia de captura de neutrones guiada por resonancia magnética mediante el uso de un agente dual de gadolinio/boro dirigido a las células tumorales a través de transportadores de lipoproteínas de baja densidad regulados positivamente. Química 17, 8479–8486 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Alberti, D. y col. Un enfoque teranóstico basado en el uso de un agente dual de boro/Gd para mejorar la eficacia de la terapia de captura de neutrones de boro en el tratamiento del cáncer de pulmón. Nanomedicina 11, 741–750 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Alberti, D. y col. Un enfoque terapéutico innovador para el tratamiento del mesotelioma maligno basado en el uso de sondas multimodales de Gd/boro para BNCT guiada por resonancia magnética. J. Liberación de control. 280, 31–38 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Stockmann, P., Gozzi, M., Kuhnert, R., Sárosi, MB y Hey-Hawkins, E. Nuevas llaves para cerraduras viejas: medicamentos que contienen carborano como plataformas para terapias basadas en mecanismos. Química. Soc. Rev. 48, 3497–3512 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Poater, J. y col. Demasiado persistente para darse por vencido: la aromaticidad en los grupos de boro sobrevive a cambios estructurales radicales. Mermelada. Química. Soc. 142, 9396–9407 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Viñas, C., Núñez, R., Bennour, I. & Teixidor, F. Moléculas grandes de borano polianiónico y neutro decoradas en la periferia e iniciadas en el núcleo: propiedades futuras y prometedoras para aplicaciones medicinales. actual. Química médica. https://doi.org/10.2174/0929867326666190603123838 (2019).

Artículo de Google Scholar

Couto, M. et al. Descubrimiento de potentes inhibidores de EGFR mediante la incorporación de un grupo aromático rico en boro en 3D en el andamio de 4-anilinoquinazolina: posibles fármacos para el tratamiento del glioma. Química 24, 3122–3126 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Tang, Q., Zhao, D., Yang, H., Wang, L. y Zhang, X. Un hidrogel autocurativo que responde al pH basado en la coordinación multivalente de Ni2+ con PEG terminado en polihistidina y oligoquitosano modificado con IDA. J. Mater. Química. B.7, 30–42 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Baroni, S. y col. Una nueva clase de agentes de contraste 1H-MRI basada en la mejora de la relajación inducida en los protones del agua por restos de imidazol que contienen 14N. Angélica. Química. En t. Ed. ingles. 60, 4208–4214 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Di Gregorio, E. et al. Monitoreo de implantes de tejido mediante resonancia magnética 1H cíclica de campo mediante la detección de cambios en el pico cuadrupolar 14N de restos de imidazol incorporados en un material de andamio "inteligente". J. Mater. Química. B. 9, 4863–4872 (2021).

Artículo de Google Scholar

Engin, K. y col. Distribución del pH extracelular en tumores humanos. En t. J. Hyperth. 11(2), 211–216 (1995).

Artículo CAS Google Scholar

Johnson, RP, John, JV y Kim, I. Materiales híbridos bioconjugados de polímeros que contienen poli (l-histidina) como sistemas teranósticos que responden a estímulos. J. Aplica. Polimero. Ciencia. 131, 40796 (2014).

Artículo de Google Scholar

Johnson, RP y cols. Materiales quiméricos de poli (N-isopropilacrilamida) -b-poli (l-histidina) que responden a estímulos duales para la administración controlada de doxorrubicina en el carcinoma de hígado. Biomacromol 14, 1434-1443 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Laurent, S. y col. Agentes de contraste de resonancia magnética de moléculas a partículas (Springer, 2017).

Reservar Google Académico

Deagostino, A. et al. Información sobre el uso de gadolinio y agentes a base de gadolinio/boro en aplicaciones de terapia de captura de neutrones guiada por imágenes. Medicina del futuro. Química. 8, 899–917 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Takahashi, K. y col. Síntesis y biodistribución in vivo del complejo BPA-Gd-DTPA como posible portador de contraste de resonancia magnética para la terapia de captura de neutrones. Bioorg. Medicina. Química. 13, 735–743 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Ho, SL y cols. Agentes de la terapia de captura de neutrones con gadolinio (GdNCT) desde lo molecular hasta lo nano: estado actual y perspectivas. ACS Omega 7(3), 2533–2553 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Aime, S. et al. Síntesis de Gd (III) -C-palmitamidometil-C′-DOTAMA-C (6) -o-carborano: un nuevo agente dual para aplicaciones innovadoras de MRI/BNCT. Org. Biomol. Química. 6(23), 4460–4466 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Mariano, RN, Alberti, D., Cutrin, JC, Geninatti Crich, S. & Aime, S. Diseño de nanopartículas basadas en PLGA para aplicaciones guiadas por imágenes. Mol. Farmacéutica. 11, 4100–4106 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Rabanel, JM, Hildgen, P. y Banquy, X. Evaluación de PEG en la superficie de partículas poliméricas, un paso clave en la traducción del portador de fármacos. J. Liberación de control. 185, 71–87 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Albert, C. y col. Nanopartículas de PLGA desnudas y estéricamente estabilizadas para la estabilización de emulsiones pickering. Langmuir 34, 13935–13945 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Wahsner, J., Gale, EM, Rodríguez-Rodríguez, A. & Caravan, P. Química de los agentes de contraste para resonancia magnética: desafíos actuales y nuevas fronteras. Química. Rev. 119, 957–1057 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Del Monte, U. ¿La célula número 10 (9) todavía cabe realmente en un gramo de tejido tumoral? Ciclo celular 8(3), 505–506. https://doi.org/10.4161/cc.8.3.7608 (2009).

Artículo de Google Scholar

Carbone, M. y col. Mesotelioma: pistas científicas para la prevención, el diagnóstico y la terapia. CA Cáncer J. Clin. 69(5), 402–429. https://doi.org/10.3322/caac.21572 (2019) (Epub 2019 8 de julio, Errata en: CA Cancer J Clin. 2020; 70: 313-314).

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Descargar referencias

La investigación que condujo a estos resultados recibió financiación de AIRC bajo IG 2019—ID. 23267 (PI Geninatti Crich Simonetta) y del proyecto del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear: Enter_BNCT y el Ministerio de Universidad e Investigación de Italia (MUR) para la financiación anual FOE al Nodo italiano de imágenes moleculares multimodales Euro-BioImaging (MMMI).

Departamento de Biotecnología Molecular y Ciencias de la Salud, Universidad de Torino, Via Nizza 52, 10126, Turín, Italia

Jacopo Sforzi, Diego Alberti, Valeria Bitonto y Simonetta Geninatti Crich

Departamento de Química, Universidad de Torino, Via P. Giuria 7, 10125, Turín, Italia

Alberto Lanfranco, Stefano Parisotto, Polyssena Renzi y Annamaria Deagostino

Departamento de Ciencia e Innovación Tecnológica, Universidad del Piamonte Oriental, 15121, Alessandria, Italia

raquel estefania

Departamento de Física, Universidad de Pavía, Via Agostino Bassi 6, 27100, Pavía, Italia

Nicoletta Protti y Saverio Altieri

Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN), Unidad de Pavía, Via Agostino Bassi 6, 27100, Pavía, Italia

Nicoletta Protti y Saverio Altieri

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Conceptualización: SGC, AD, JS; metodología: SGC, AD, JS, DA, SA; investigación: JS, DA, AL, PR, SP, RS, NP, BV; análisis: escritura JS, DA, VB, AL; borrador original: SGC, JS, DA; redacción: revisión y edición: AD, PR, AL, SP, SGC, SA, NP; adquisición de financiación: SGC, AD, SA, NP

Correspondencia a Annamaria Deagostino o Simonetta Geninatti Crich.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Sforzi, J., Lanfranco, A., Stefania, R. et al. Una nueva nanopartícula de PLGA teranóstica sensible al pH para la terapia de captura de neutrones de boro en el tratamiento del mesotelioma. Representante científico 13, 620 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27625-0

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Recibido: 13 de noviembre de 2022

Aceptado: 04 de enero de 2023

Publicado: 12 de enero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27625-0

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