Image-guided drug delivery using Fe-deferoxamine loaded temperature-sensitive liposomes
Year: 2015
Type: dissertation
Abstract: A predominância de cancro está a aumentar nos países ocidentais uma vez que a população se encontra cada vez mais envelhecida. A quimioterapia é uma das abordagens mais utilizadas, no entanto, existe a necessidade de aumentar a absorção dos fármacos nos tumores. Um modo com vista a reduzir os efeitos secundários negativos para o paciente é a entrega de fármacos, induzida pela temperatura. Este conceito está relacionado com lipossomas sensíveis à temperatura que encapsulam fármacos que irão atuar como agentes de quimioterapia. Estes fármacos são libertados mediante o aquecimento a temperaturas em torno dos 42 ºC. A esta temperatura a bicamada lipídica experimenta uma transição de fase, o que por sua vez intermedeia uma rápida entrega de fármaco. Uma distribuição localizada do fármaco é conseguida aquecendo a área central do tumor. O conceito acima apresentado foi estendido à entrega localizada de fármacos guiada por imagem, ao encapsular adicionalmente um agente de contraste no lipossoma. Ao encapsular tanto o fármaco, neste caso a doxorubicina, como o agente de contraste, para ressonância magnética à base de gadolinium, é possível quantificar a entrega de fármaco induzida pela temperatura. Uma vez libertado o agente de contraste do lipossoma dá-se uma variação no contraste nas imagens de ressonância magnética, o que possibilita quantificar a dose de fármaco libertado no tumor. A utilização de lipossomas sensíveis à temperatura, que encapsulem tanto doxorubicina como gadolinium (Gd), potenciam a avaliação da eficácia da entrega do fármaco no tumor. A taxa de relaxação longitudinal traduz-se no inverso do tempo de relaxação T1. Os agentes de contraste permitem a redução dos tempos de relaxação característicos da ressonância magnética, melhorando o contraste das imagens, o que permite uma melhor diferenciação das estruturas presentes. Foi demonstrado anteriormente que existe uma boa correlação entre a absorção de fármaco, a concentração do agente de contraste e a taxa de relaxação longitudinal do agente de contraste (R1) no tumor. No entanto, a utilização de lipossomas paramagnéticos, que encapsulem agentes de contraste em ressonância magnética à base de Gd pode conduzir à toxicidade induzida pelo Gd. Isto acontece pois os lipossomas são preferencialmente depurados pelo fígado e baço, o que leva à concentração elevada de Gd3+ nestes órgãos. Em pacientes que sofram de insuficiência renal grave, sabe-se que a retenção prolongada deste agente de contraste à base de Gd pode conduzir a fibrose sistémica nefrogénica. Uma vez que ao encapsular Gd em lipossomas a sua depuração acontece essencialmente no baço e fígado, em oposição à depuração renal (para o Gd quando se encontra na forma livre), o agente de contraste ficará retido mais tempo no organismo o que levanta questões relativamente à segurança deste conceito. Dado este problema, existia a necessidade de encontrar uma alternativa viável para o agente de contraste, Gd, comercialmente conhecido como ProHance®. Um estudo realizado anteriormente no grupo de investigação passou por substituir o Gd, [Gd (HPDO3A) (H2O)], por um agente de contraste à base de ferro, Fe3+-deferoxamine (Fe3+-DFO), pois o ferro tem uma via metabólica estabelecida. Infelizmente, mediante o aquecimento dos lipossomas, localmente, foi observada uma libertação gradual do agente de contraste, Fe3+-DFO, em vez de uma libertação rápida e completa a uma temperatura específica, a temperatura de transição (Tm), como verificado quando se utilizou Gd como agente de contraste. A causa deste comportamento pode dever-se à hidrofobia do agente de contraste Fe-DFO, permitindo que o mesmo atravesse a bicamada ou mesmo uma associação do agente de contraste com a bicamada. Adicionalmente, o encapsulamento tanto do agente de contraste Fe-DFO como do fármaco doxorubicina aboliu o tempo de relaxação T1, possivelmente devido à formação de óxidos de ferro ou agregações de doxorubicina com o ferro. Outro ponto negativo do encapsulamento de Fe-DFO em lipossomas sensíveis à temperatura prende-se com o baixo valor de pH de solução tampão intralipossomal requerido, de modo a possibilitar um encapsulamento estável do complexo dentro do lipossoma. Isto pode levar à hidrólise da bicama limitando assim o tempo de vida do produto resultante. O objetivo deste projeto passou por usar um agente de contraste derivado de Fe3+-deferoxamine, mas mais hidrófilo, deferoxamine-N-succimidyl Fe(III), DFO-N-Suc-Fe (III), assim como uma formulação lipossomal diferente, de modo a resolver o problema observado. Este agente de contraste poderia ser utilizado para monitorizar a libertação de doxorubicina de lipossomas sensíveis a temperatura (TSLs). A aplicação final seria a quantificação da dose de fármaco utilizada na quimioterapia ao utilizar TSLs juntamente com ultrassons focados de alta intensidade guiados por ressonância magnética. Em estudos anteriores já enunciados, ao encapsular tanto a doxorubicina como o Fe3+-DFO em lipossomas a relaxividade foi perdida. Deste modo, em primeiro lugar, ao invés de encapsular os dois compostos num mesmo lipossoma, lipossomas com doxorubicina e lipossomas com agente de contraste serão co injetados. Em segundo lugar, ao variar a formulação lipídica que constitui os lipossomas, tentou-se ajustar a estabilidade e as propriedades de libertação dos lipossomas ao encapsular o agente de contraste. Por fim, o agente de contraste à base de ferro foi adaptado de modo a conseguir um encapsulamento mais estável. As medições da taxa de relaxação longitudinal, R1, em função da temperatura indicaram que a libertação do agente de contraste, DFO-N-Suc-Fe (III), de lipossomas tradicionais sensíveis a temperaturas aconteceu entre 41 ºC e 42 ºC, em contraste com a temperatura a que o agente de contraste Fe-DFO foi libertado do mesmo tipo de lipossomas (entre 42 ºC e 45 ºC). Além disto a libertação do agente de contraste, DFO-N-Suc-Fe (III), foi rápida, ao contrário da libertação do agente de contraste Fe-DFO, que se deu gradualmente. Medições a temperaturas constantes revelaram 100 % de libertação do agente de contraste, DFO-N-Suc-Fe (III), passados 15 minutos e cerca de 80 % de libertação passados apenas 5 minutos. Este tempo de libertação pode ser melhorado ajustando a formulação lipídica. Estes lipossomas revelaram-se muito estáveis à temperatura corporal o que se revelou uma melhoria considerável quando comparados com lipossomas que encapsulavam Fe-DFO. Lipossomas sensíveis à temperatura que encapsulavam o complexo DFO-N-suc-Fe (III) foram adicionalmente diluídos em solução tampão para testes de caraterização in vitro. Os tempos de relaxação longitudinal e transversal T1 e T2, respetivamente, foram medidos num scanner clínico de ressonância magnética de 3 T, antes e depois de aquecer os lipossomas durante 30 minutos, a 45 ºC. Antes de aquecer os lipossomas, diferentes concentrações do complexo DFO-N-suc-Fe (III) assumiram um valor de T1 menor quando comparado com o valor da mesma amostra após o aquecimento. Esta experiência veio mostrar o potencial da imagem de ressonância magnética, quando combinada com lipossomas sensíveis à temperatura. O objetivo desta investigação passou por melhorar a libertação lipossomal do agente de contraste, assim como a estabilidade da formulação lipossomal. Ambas as melhorias, na libertação e estabilidade, foram obtidas através da adaptação do complexo Fe-DFO utilizado inicialmente, o que permitiu um pH intralipossómico mais elevado, minimizando assim o risco de hidrólise. A associação de Fe-DFO com a doxorubicina foi evitada, optando por uma co-injeção em vez de um co-encapsulamento. Os passos seguintes incluem pequenas adaptações à formulação lipídica, numa tentativa de encapsular mais agente de contraste. Quando a formulação estiver completamente aperfeiçoada deverá também ser estudado o mesmo sistema para a doxorubicina. O último passo será a injeção in vivo de modo a quantificar a dose de fármaco administrada no tumor por meio de lipossomas sensíveis à temperatura, utlizado um agente de contraste à base de ferro. Verificando-se eficácia in vivo, esta classe de agentes de contraste criará oportunidades na libertação monitorizada de fármaco com recurso a ressonância magnética, em resposta a hipertermia local, evitando os inconvenientes de agentes de contraste à base de Gd.
Author: Adriana M. Fernandes
Language: English
Subfield: Biomaterials
Field: Materials Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W2262848520