Avaliação da biocompatibilidade de magnetolipossomas à base de nanopartículas de maghemita

Abstract

A nanobiotecnologia consiste em um campo de pesquisa emergente e promissor. Materiais nanoestruturados, tais como fluidos magnéticos e magnetolipossomas (ML), têm sido propostos como sistemas de entrega de drogas e termoterapia contra o câncer, entre outras aplicações em biomedicina. Em particular, ML são estruturas fisiologicamente estáveis, constituídas por nanopartículas magnéticas (NPM) acondicionadas em uma bicamada fosfolipídica. Uma amostra de ML contendo nanopartículas de maghemita recobertas com citrato encapsuladas em lipossomas (denominada ML-Magh) foi sintetizada com propósitos de aplicações biomédicas. Polietilenoglicol (PEG) foi associado à bicamada lipídica. A proposta deste estudo foi investigar o comportamento biológico de ML-Magh (1,0 × 1014 partículas/ mL), avaliando sua biocompatibilidade/ toxicidade por meio de testes in vitro e in vivo. O tamanho e o potencial de carga de superfície dos ML foram estudados e apresentaram diâmetro médio de 124 nm e carga negativa (potencial zeta, -24,4 mV). Nos testes in vitro, células ductais de glândula submandibular humana (HSG) e células mesangiais (CM) foram cultivadas durante 24 horas na presença de ML-Magh em duas diferentes doses (50 mL and 100 mL). Análises por microscopia de luz mostraram que ML-Magh não induz alterações morfológicas em ambos os tipos celulares. Para os testes in vivo, 100 mL de ML-Magh foram endovenosa ou intraperitonealmente administrada em camundongos fêmeas Swiss (n=5-6). Animais controle (n=3) foram tratados com solução salina tamponada por fosfato (PBS). Os efeitos da amostra ML-Magh foram investigados de 30 minutos até 30 dias após administração, dependendo do teste. A viabilidade de células peritoneais investigada por meio de dois diferentes métodos, exclusão por Nigrosina e Iodeto de Propídio, não foi afetada. A contagem de leucócitos do sangue indicou que ML-Magh não apresenta potencial próinflamatório. Apenas um aumento na população de eosinófilos foi observado, uma hora após administração de ML-Magh, sugerindo um ligeiro processo alérgico. A ausência de genotoxicidade e citotoxicidade foi confirmada respectivamente, pelo teste de micronúcleo e porcentagem de eritrócitos policromáticos. A análise histopatológica realizada em três tecidos mostrou poucos agregados de NPM em pulmões e baço, e nenhum no fígado. Alterações morfológicas não foram encontradas nestes tecidos durante todo o período experimental. Os raros infiltrados inflamatórios observados após tratamento no fígado e nos pulmões também foram vistos nos animais controle. Testes bioquímicos realizados no sangue mostraram alterações irrelevantes, uma vez que as concentrações de alanina aminotransferase (ALT), fosfatase alcalina (FA), uréia e creatinina foram constantes em quase todos os tempos após administração de ML-Magh, sugerindo ausência de danos hepáticos e renais. A determinação dos níveis de ferro sérico mostrou que ML-Magh não alterou significativamente os níveis de ferro, exceto em testes com o dobro (200 mL) da concentração usual. Os dados sugerem que a amostra investigada é biocompatível e tem potencial para ser usada em aplicações biomédicas, especialmente como agentes na terapia contra o câncer, por meio da magnetohipertermia ou sistemas de entrega de drogas. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Nanobiotechnology represents an emerging and promising research field. Nanostructured materials, such as magnetic fluids and magnetoliposomes (MLs), have been proposed for drug-delivery systems and thermal-based cancer therapy amongst other several applications in biomedicine. In particular, MLs are physiologically stable structures, consisting of magnetic nanoparticles (MNPs) wrapped by a phospholipid bilayer. A ML sample containing citrate-coated maghemite nanoparticles encapsulated in liposomes (called ML-Magh) was synthesized for biomedical applications purposes. Polyethylene glycol (PEG) was grafted onto the liposome bilayer. The aim of this work was to investigate the biological behaviour of ML-Magh (1,0 × 1014 particle/ mL), by evaluating their biocompatibility/ toxicity through in vitro and in vivo tests. The particle size and surface charge potential of MLs were determined. They presented a mean particle size of 124 nm and a negative surface charge, as determined by measuring the zeta potential (-24,4 mV). To perform the in vitro test, human submandibular duct cells (HSG) and mesangial cells (CM) were cultivated during 24 hours in the presence of the ML-Magh sample at two different doses (50 mL and 100 mL). Analysis by light microscopy showed that ML-Magh does not induce morphological alterations on both cellular types. For the in vivo tests, 100 mL of the ML-Magh sample were endovenously or intraperitoneally administrated to female Swiss mice (n=5-6). Control animals (n=3) were treated with phosphate buffered saline (PBS). ML-Magh sample effects were investigated from 30 minutes until 30 days after the administration. The viability of peritoneal cells was not affected by the ML-Magh treatment, as investigated by two different methods: nigrosin dye exclusion and propidium iodide exclusion. The leukocytes cytometry indicated that ML-Magh has no pro-inflammatory action. The eosinophil population presented an increase one hour after ML-Magh administration, suggesting a slight allergic process. Absence of genotoxicity and cytotoxicity was confirmed by micronucleus test and polychromatic erythrocyte percentage, respectively. The histopathology analysis performed in three tissues showed few particle clusters in the lungs and spleen. Clusters were not observed in the liver. No morphological alterations were found in these tissues during all the experimental time. The rare inflammatory infiltration observed in the liver and lungs of MLMagh- treated mice was also observed in control animals. Biochemical blood tests showed irrelevant alterations. Concentrations of alanine aminotransferase (ALT), alkaline phosphatase (ALP), urea, and creatinine were constant almost all over the experiment, suggesting no hepatic or splenic injury. The levels of serum iron were not affected by ML-Magh treatment. Nevertheless, serum iron levels are dose-dependent. Data suggest that the investigated sample is biocompatible and it has potential to be used in biomedical applications, especially as agents for anticancer therapy through magnetohyperthermia and drug delivery systems.