Diseño de nanopartículas de oro funcionalizadas con AINEs y proteínas para su uso en biomedicina

Abstract

[ES] En este trabajo se han diseñado una serie de nanopartículas de oro (AuNPs) esféricas funcionalizadas con fármacos (antiinflamatorios no esteroideos, AINEs) con la finalidad de realizar un estudio fotofísico completo en distintos medios (orgánico, acuoso y en presencia de biomoléculas) así como ensayos de citotoxicidad en células cancerosas para una posible futura aplicación en terapia fototérmica y fotodinámica contra el cáncer de mama. Se han diseñado nanopartículas de oro esféricas de diámetro inferior a 1 nm y de diámetro en torno a 2-3 nm. También se han sintetizado nanorods de oro (AuNRs) con el fin de estudiar sus propiedades fototérmicas en diferentes medios. En cada caso se ha seguido y optimizado la ruta sintética más adecuada para poder tener el control sobre el tamaño y la forma de estas nanopartículas. De este modo se pudo comparar el efecto fototérmico producido por los distintos tipos de nanopartículas. Las nanopartículas de oro se han funcionalizado con fármacos del tipo antiinflamatorios no esteroideos por ser especies generadoras de oxígeno singlete (1O2) para mejorar la eficacia contra las células cancerosas siguiendo las bases de la terapia fotodinámica. En concreto se emplearon ketoprofeno, flurbiprofeno y naproxeno, los cuales se fijaron a la nanopartícula gracias al uso del ácido lipoico como ligando, compuesto que contiene átomos de azufre en su estructura molecular y que, por tanto, crea fuertes interacciones con la superficie oro de las nanopartículas de una manera homogénea. Además, se funcionalizaron las nanopartículas con polietilenglicol (PEG) para favorecer la solubilidad de los sistemas diseñados (AuNP-Fármaco-PEG) en medio acuoso. Para los distintos estudios se realizaron variaciones en el medio, estudiando el comportamiento de las nanopartículas en medio acuoso, en presencia de proteínas en disolución, y con proteínas unidas a la nanopartícula. En concreto, las proteínas utilizadas son la albúmina sérica bovina (BSA) y la humana (HSA). La motivación de esta variación reside en la gran importancia del papel de las proteínas en el organismo, siendo capaces de incluso mejorar la especificidad y selectividad en tratamientos contra enfermedades. Una vez se estudió la fotorreactividad de las distintas NPs en diferentes medios, caracterizándose sus propiedades fotofísicas más importantes, se procedió a realizar los ensayos de citotoxicidad utilizando líneas celulares de células de mama cancerosas (SKBr3) y células de mama sanas (MCF-10A). A partir de los resultados obtenidos de las NPs esféricas se puede concluir que la viabilidad celular disminuye cuando las células son irradiadas, siendo más efectivo el tratamiento en las células SKBr3. El hecho de añadir HSA o BSA produce un efecto similar, aumentando la viabilidad celular, probablemente porque las protege. El uso de distintos AINEs no produce diferencias significativas, aunque sí existe cierta enantiodiferenciación: los enantiómeros (S)- obtienen mayor viabilidad celular. Por otra parte, los resultados preliminares obtenidos con los NRs funcionalizados con ketoprofeno muestran que éstos no son tóxicos para las MCF-10A, pero sí los son en pequeña medida para las SKBr3. Además, la tasa de mortalidad de las células se ve aumentada cuando se irradian las muestras. A pesar de que los resultados obtenidos en el estudio celular son prometedores, es necesario resaltar que son resultados preliminares y que sería necesario un estudio en mayor profundidad para poder confirmar la reproducibilidad de estos.

[EN] In this work we have designed different spherical gold nanoparticles (AuNPs) functionalized with drugs (non-steroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs) with the aim of carrying out a complete photophysical study in different media (organic, aqueous and in the presence of biomolecules) as well as cytotoxicity assays in cancer cells for a possible future application in photothermal and photodynamic therapy against breast cancer. Spherical gold nanoparticles with a diameter of less than 1 nm and a diameter of around 2-3 nm have been designed. Gold nanorods (AuNRs) have also been synthesized in order to study their photothermal properties in different media. In each case, the most appropriate synthetic route has been followed and optimized in order to have control over the size and shape of these nanoparticles. In this way, the photothermal effect produced by the different types of nanoparticles could be compared. Gold nanoparticles have been functionalized with NSAIDs because they are singlet oxygen generating species (1O2), in order to improve the efficacy against cancer cells following the principles of photodynamic therapy. In particular ketoprofen, flurbiprofen and naproxen were used, which were fixed to the nanoparticle thanks to the use of lipoic acid as a ligand, a compound that contains sulfur atoms in its molecular structure and, therefore, creates strong interactions with the gold surface of the nanoparticles in a homogeneous way. In addition, the nanoparticles were functionalized with polyethylene glycol (PEG) to favor the solubility of the designed systems (AuNP-Drug-PEG) in aqueous medium. For the different studies, variations were made in the medium, studying the behavior of the nanoparticles in aqueous medium, in the presence of proteins in solution, and with proteins bounded to the nanoparticle. In particular, the proteins used were bovine serum albumin (BSA) and human (HSA). The reason for this variation lies in the great importance of the role of proteins in the organism, being able to even improve the specificity and selectivity in treatments against diseases. Once the photoreactivity of the different NPs in different media was studied, characterizing their most important photophysical properties, the cytotoxicity assays were carried out using breast cancer cell (SKBr3) and healthy breast cells (MCF-10A) lines. From the results obtained for spherical NPs, it can be concluded that cell viability decreases when the cells are irradiated, being the treatment more effective in the SKBr3 cells. The fact of adding HSA or BSA produces a similar effect, increasing cell viability, probably because it protects them. The use of different NSAIDs does not produce significant differences, although there is a certain enantiodifferentiation, since the (S)- enantiomer obtain greater cellular viability. On the other hand, the preliminary results obtained with the NRs functionalized with ketoprofen show that these are not toxic for the MCF-10ª, but they are to a small extent for the SKBr3. In addition, the mortality rate of the cells is increased when the samples are irradiated. Despite the promising results obtained from the cytotoxicity assays, it is necessary to highlight that they are preliminary results and that a study in greater depth would be necessary to confirm the reproducibility of these.