Development of drug-loaded polymeric nanomicelles for stem cell osteogenic differentiation

• Main Author: Lavrador, Pedro Oliveira
• Publication Date: 2017
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10773/22832
• topic: Bioquímica clínica; Sistemas de administração de fármacos; Células estaminais; Micelas

As doenças musculoesqueléticas afetam atualmente uma grande percentagem da população mundial sendo esperado que a sua prevalência venha a aumentar no futuro. De entre as abordagens terapêuticas atualmente aplicadas a nível clínico para as patologias ou danos ósseos, a utilização de terapias celulares baseadas em células estaminais mesenquimais humanas (hMSCs) surge como uma das mais promissoras devido à capacidade de diferenciação das hMSCs em células do tecido esquelético. No entanto, a diferenciação destas células em células osteoprogenitoras tem sido limitada pela relativa ineficácia e elevados custos das tecnologias de diferenciação. Para ultrapassar estas limitações, novas abordagens farmacológicas baseadas em compostos naturais como os flavonoides ou flavanonas têm sido exploradas para a diferenciação de hMSCs. A Naringina é uma flavanona natural, tipicamente presente em frutos do género Citrus que demonstrou bioatividade em várias patologias do osso e também capacidade de promover a diferenciação osteogénica de células estaminais. No entanto, este flavonoide hidrofóbico possui uma baixa biodisponibilidade e é metabolizado extensivamente, o que limita ao seu potencial terapêutico. Estas limitações podem ser colmatadas com o desenvolvimento de nanotransportadores especializados como as micelas poliméricas anfifílicas que alteram a farmacocinética/farmacodinâmica das flavanonas. Neste contexto, o trabalho de investigação apresentado nesta tese foca o desenvolvimento de micelas copoliméricas di-bloco para entrega controlada de Naringina a células osteoprogenitoras, com o objetivo de potenciar o efeito pro-osteogénico desta molécula natural. Inicialmente a síntese do copolímero anfifílico foi efetuada num passo através da reação de adição nucleofílica de Michael, entre o polímero hidrofílico metoxi-polietilenoglicol-maleimida (mPEG-MAL) e o polímero hidrofóbico poliácido láctido-tiol (PLA-SH). A caracterização do copolímero através de ressonância magnética nuclear de protão e de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier em modo de atenuação total confirmaram a síntese do mPEG-MS-PLA. Através da utilização da técnica de nanoprecipitação o copolímero sintetizado formou micelas poliméricas monodispersas (70.69 ± 5.48 nm) e com uma elevada eficiência de encapsulação de Naringina (87.2 ± 4.6 %). A libertação controlada da Naringina encapsulada nas nanomicellas exibiu um perfil relativamente rápido a pH fisiológico (7.4) e acídico (5.5), atingindo 65 % de libertação às 24 h. As nanomicelas de mPEG-MS-PLA demonstraram também capacidade de internalização em pré-osteoblastos murinos (MC3T3-E1) e células mesenquimais estaminais derivadas do tecido adiposo humano (hASCs) tendo sido obtida uma correlação direta entre a dose e internalização. Para além destes resultados promissores, os estudos da avaliação da citotoxicidade da Naringina em forma livre ou encapsulada em nanomicelas revelou que em ambos os casos a viabilidade celular de hASCs foi mantida até 72 h. Posteriormente a bioatividade pro-osteogénica da Naringina na forma livre e formulada em nanomicelas foi investigada através da quantificação da fosfatase alcalina. Os resultados obtidos sugerem que a entrega controlada da Naringina promove a diferenciação osteogénica das hASCs e potenciou as suas propriedades pro-osteogénicas. No geral, os nanotransportadores micelares demonstraram ser um veículo promissor para a entrega controlada de Naringina a células reconhecidas pela sua difícil transfeção, estabelecendo-se assim como futuros candidatos para utilização em terapias osteogénicas com base em células estaminais.