Development of Lipid Nanoparticles for Enzymatic Therapies

Abstract

[ES] El cáncer es una enfermedad compleja, con un gran impacto a nivel mundial y una alta tasa de mortalidad debido a las limitaciones existentes de los tratamientos disponibles. La quimioterapia es uno de los tratamientos más comunes contra el cáncer, incluyendo su mecanismo la destrucción no selectiva de células, lo que afecta tanto a células cancerosas como a las sanas. La nanomedicina ofrece enfoques innovadores, permitiendo una administración selectiva de medicamentos que reduce los efectos secundarios y mejora la eficacia del tratamiento.

En este trabajo, se describe el diseño y la evaluación de vesículas unilamelares grandes (LUVs) cargadas con la enzima peroxidasa de rábano picante (HRP) para terapia enzima-profármaco (EPT). La HRP ha mostrado potencial en el tratamiento del cáncer al generar especies reactivas de oxígeno (ROS) mediante la oxidación del profármaco ácido indol-3-acético (IAA), lo que induce apoptosis. Optamos por los liposomas como plataforma nanotecnológica debido a su biocompatibilidad, biodegradabilidad y baja inmunogenicidad. Específicamente, elegimos LUVs por su adecuado tamaño, facilitando la captación celular y la penetración en tejidos tumorales a través de vasos fenestrados, típicos de la angiogénesis defectuosa en células cancerosas. Este fenómeno permite una mayor permeabilidad y efecto de retención (EPR), lo que se utilizará como mecanismo de targeting pasivo. Las LUVs se prepararon mediante hidratación de película delgada y fueron caracterizadas con dispersión dinámica de luz (DLS). La incorporación de HRP en las LUVs se consiguió mediante hidratación. Fueron caracterizadas mediante DLS, análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Finalmente, se realizaron experimentos celulares preliminares para evaluar la biocompatibilidad de las LUVs cargadas con HRP en cultivos in vitro de células de cáncer de melanoma SK-Mel-103. Para evaluar la viabilidad celular se llevó a cabo el ensayo WST-1. Los LUVs cargados demostraron ser biocompatibles, lo que abre la posibilidad de evaluar sus propiedades terapéuticas en futuros estudios. Este proyecto abre interesantes perspectivas para la aplicación de liposomas cargados con HRP en la investigación del cáncer.

[EN] Cancer is a complex disease with a significant global impact and high mortality rate due to the limited effectiveness of available treatments. Chemotherapy is one of the most used cancer treatment methods, relying on the non-selective destruction of rapidly dividing cells by drug administration, encompassing both tumor and healthy cells. Nanomedicine offers modern approaches in comparison to traditional anti-cancer methods, providing targeted drug delivery that avoids side effects and enhances drug therapeutics.

In this work, we present the design and evaluation of large unilamellar vesicles (LUVs) loaded with the enzyme horseradish peroxidase (HRP) for enzyme-prodrug therapy (EPT). HRP has shown potential for cancer treatment, as it produces reactive oxygen species (ROS) through oxidation of the prodrug indole-3-acetic acid (IAA). This oxidative stress leads to apoptosis. Liposomes were chosen as delivery nanoplatform as they present important characteristics such as biocompatibility, biodegradability, and low immunogenicity. Specifically, LUVs were selected due to their optimal size range, which promote cellular uptake and enables penetration through fenestrated vessels into tumor tissues. These fenestrated vessels, product of the defective angiogenesis of cancer cells proliferation, will enable enhanced permeability and retention effect (EPR), which will work as passive targeting mechanism. LUVs were prepared by thin-film hydration method and characterized by dynamic light scattering (DLS). The incorporation of HRP into LUVs (HRP-loaded LUVs) was achieved by hydration. HRP-LUVs were characterized by dynamic light scattering (DLS), nanoparticles tracking analysis (NTA) and transmission electron microscopy (TEM). Protein quantification and enzymatic activity assays were also conducted. Finally, preliminary cellular experiments were performed to evaluate biocompatibility of the HRP-loaded LUVs in in vitro culture of SK-Mel-103 melanoma cancer cells. The WST-1 assay was performed to evaluate cell viability. HRP-loaded LUVs showed good biocompatibility, which opens the possibility to evaluate their therapeutic properties in future studies. In conclusion, this work has successfully developed HRP-loaded liposomes and shows interesting prospects for their application as anticancer therapy.