In vitro and in vivo effect of pH-sensitive PLGA-TPGS-based hybrid nanoparticles loaded with doxorubicin for breast cancer therapy

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Resumo

Doxorubicin (DOX) is an antineoplastic agent clinically employed for treating breast cancer patients. Despite its effectiveness, its inherent adverse toxic side effects often limit its clinical application. To overcome these drawbacks, lipid–polymer hybrid nanoparticles (LPNP) arise as promising nanoplatforms that combine the advantages of both liposomes and polymeric nanoparticles into a single delivery system. Alpha-tocopherol succinate (TS) is a derivative of vitamin E that shows potent anticancer mechanisms, and it is an interesting approach as adjuvant. In this study, we designed a pH-sensitive PLGA-polymer-core/TPGS-lipid-shell hybrid nanoparticle, loaded with DOX and TS (LPNP_TS-DOX). Nanoparticles were physicochemically and morphologically characterized. Cytotoxicity studies, migration assay, and cellular uptake were performed in 4T1, MCF-7, and MDA-MB-231 cell lines. Antitumor activity in vivo was evaluated in 4T1 breast tumor-bearing mice. In vitro studies showed a significant reduction in cell viability, cell migration, and an increase in cellular uptake for the 4T1 cell line compared to free DOX. In vivo antitumor activity showed that LPNP-TS-DOX was more effective in controlling tumor growth than other treatments. The high cellular internalization and the pH-triggered payload release of DOX lead to the increased accumulation of the drugs in the tumor area, along with the synergic combination with TS, culminating in greater antitumor efficacy. These data support LPNP-TS-DOX as a promising drug delivery system for breast cancer treatmen.

Abstract

Doxorrubicina (DOX) é um agente antineoplásico clinicamente empregado para tratar pacientes com câncer de mama. Apesar de sua eficácia, seus efeitos colaterais tóxicos adversos inerentes frequentemente limitam sua aplicação clínica. Para superar essas desvantagens, nanopartículas híbridas de lipídios-polímeros (LPNP) surgem como nanoplataformas promissoras que combinam as vantagens de lipossomas e nanopartículas poliméricas em um único sistema de entrega. O succinato de alfa-tocoferol (TS) é um derivado da vitamina E que mostra potentes mecanismos anticâncer, e é uma abordagem interessante como adjuvante. Neste estudo, projetamos uma nanopartícula híbrida PLGA-polímero-núcleo/TPGS-lipídio-casca sensível ao pH, carregada com DOX e TS (LPNP_TS-DOX). As nanopartículas foram caracterizadas físico-química e morfologicamente. Estudos de citotoxicidade, ensaio de migração e captação celular foram realizados em linhas celulares 4T1, MCF-7 e MDA-MB-231. A atividade antitumoral in vivo foi avaliada em camundongos portadores de tumor de mama 4T1. Estudos in vitro mostraram uma redução significativa na viabilidade celular, migração celular e um aumento na captação celular para a linhagem celular 4T1 em comparação com DOX livre. A atividade antitumoral in vivo mostrou que LPNP-TS-DOX foi mais eficaz no controle do crescimento tumoral do que outros tratamentos. A alta internalização celular e a liberação de carga útil de DOX desencadeada por pH levam ao aumento do acúmulo de medicamentos na área do tumor, juntamente com a combinação sinérgica com TS, culminando em maior eficácia antitumoral. Esses dados apoiam LPNP-TS-DOX como um sistema promissor de administração de medicamentos para o tratamento do câncer de mama.

Assunto

Doxorrubicina, Nanopartículas, Antineoplásicos, Sistemas de liberação de medicamentos, Neoplasias da mama

Palavras-chave

Doxorubicin, Lipid-polymer hybrid nanoparticles, TPGS, Antitumor activity, pH-sensitive, α-tocopherol succinate, Drug delivery system

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https://www.mdpi.com/1999-4923/14/11/2394

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