Nanomotores Janus autopropulsados para el tratamiento mejorado de enfermedades

Abstract

[ES] Los avances en la nanotecnología durante los últimos años han incentivado la creación de nuevas estrategias terapéuticas que aumenten la eficacia de los fármacos en el tratamiento de enfermedades, como el cáncer. En los últimos años se han desarrollado nanodispositivos para la liberación controlada de fármacos, sugiriendo un tratamiento mejorado de enfermedades. El objetivo de este trabajo es el diseño, síntesis y caracterización de nanomotores multifuncionales con capacidad de liberación controlada, acción antitumoral y autopropulsión de tipo Janus formados por la unión de dos nanopartículas, una de sílice mesoporosa (MSN) y otra de platino (Pt), constituyendo nanomotores Janus Pt-MSN. La nanopartícula de sílice mesoporosa actúa como un contenedor del fármaco, en este caso citotóxico (doxorrubicina). Los poros de esta cara mesoporosa están recubiertos por la enzima glucosa oxidasa (GOx) unida a la sílice a modo de “puerta molecular”, que regula la liberación de la carga. Esta unión se debe a la formación de un enlace amida sensible a las proteasas, que al romperse provoca la liberación del fármaco. Esta enzima, que presenta una alta actividad, además, es la iniciadora de la reacción de autopropulsión, convirtiendo la glucosa del medio en ácido glucónico y peróxido de hidrógeno (H2O2). La otra parte de los nanomotores la forma la cara de platino, compuesta por la unión de nanodendritas de platino. Esta parte les confiere la capacidad de autopropulsión, mediante la descomposición catalítica del H2O2 producido por la GOx en agua y oxígeno (gas). La estructura de los nanomotores de tipo Janus Pt-MSN se confirmó mediante técnicas como análisis de difracción de rayos X, análisis termogravimétrico, microscopía electrónica de transmisión o espectroscopía de dispersión dinámica de luz, entre otras. Además, los nanodispositivos desarrollados presentan muchas de las características deseadas para nanomotores destinados a una aplicación biomédica. En presencia de glucosa, los nanosistemas demostraron su capacidad de movimiento. La enzima GOx mostró tener una alta actividad catalítica, transformando la glucosa en el H2O2. También se comprobó que los nanomotores liberan de forma controlada y selectiva la carga en presencia de proteasas, presentes en el interior de las células. Por último, se validó in vitro su acción antitumoral en células y esferoides HeLa. Los nanomotores fueron capaces de reducir la viabilidad de estos y además penetrar en los esferoides e internalizarse en el interior de las células cancerosas, donde liberaron el fármaco selectivamente. En vista a los resultados, se va a plantear un estudio in vivo en un modelo xenograft de cáncer de cérvix en ratones BALB/c.

[EN] Recent advances in nanotechnology have spurred the creation of new therapeutic strategies to increase the efficacy of drugs in the treatment of diseases such as cancer. In recent years, nanodevices have been developed for the controlled release of drugs, suggesting improved treatment of diseases. The aim of this work is the design, synthesis and characterisation of multifunctional Janus-type nanomotors with controlled release, antitumour and self-propulsion capabilities, formed by the joining of two nanoparticles, being one a mesoporous silica nanoparticle (MSN) and the other consisting of platinum (Pt), which constitute the Janus Pt-MSN nanomotors. The mesoporous silica nanoparticle acts as a container for the drug, in this case cytotoxic (doxorubicin). The pores of this mesoporous face are coated by the glucose oxidase (GOx) enzyme, which is bound to the silica acting like a "molecular gate", responsible of regulating the release of the cargo. This binding is due to the formation of a protease-sensitive amide bond, which upon cleavage results in the release of the drug. This enzyme, which has a high activity, is also the initiator of the self-propulsion reaction, converting the glucose present in the medium into gluconic acid and hydrogen peroxide (H2O2). The other part of the nanomotors is constituted by the platinum face, composed of the junction of platinum nanodendrites. This part gives them the ability to self-propel by catalytically decomposing the H2O2 produced by the GOx into water and oxygen (gas). The structure of the Janus Pt-MSN nanomotors was confirmed by techniques such as X-ray diffraction analysis, thermogravimetric analysis, transmission electron microscopy or dynamic light scattering spectroscopy, among others. In addition, the nanodevices developed exhibit many of the characteristics desired for nanomotors intended for a biomedical application. In the presence of glucose, the nanosystems demonstrated their ability to move. The GOx enzyme was shown to have a high catalytic activity, transforming glucose into H2O2 efficiently. The nanomotors were also able to release the cargo in a controlled and selective way in the presence of proteases, located inside the cells. Finally, their antitumour function on HeLa cells and spheroids was validated in vitro. The nanomotors were able to reduce the viability of these and penetrate the spheroids and internalise inside the cancer cells, where they selectively released the drug. In view of these results, an in vivo study in a xenograft model of cervical cancer in BALB/c mice will be considered.