Fabricación y caracterización de una plataforma de nanoadministración basada en quitosano para mejorar el resultado anticancerígeno de sorafenib en el carcinoma hepatocelular

Jun 17, 2023

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 12180 (2023) Citar este artículo

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Las nanopartículas de quitosano (CS NP) mostraron resultados prometedores en la administración de fármacos, vacunas y genes para el tratamiento de diversas enfermedades. La considerable atención prestada al CS se debió a sus excepcionales propiedades biológicas; sin embargo, el principal desafío en la aplicación de las NP de CS se enfrentó durante su síntesis de tamaño controlado. En este documento, se aprovechó la reacción de gelificación iónica entre CS y tripolifosfato de sodio (TPP), un reticulante de CS seguro y ampliamente utilizado para aplicaciones biomédicas. El desarrollo de una plataforma de nanoadministración, concretamente nanopartículas de quitosano cargadas con sorafenib (SF-CS NP), se construyó para mejorar la administración de fármacos SF a líneas celulares de carcinoma hepatocelular humano (HepG2). Las NP se fabricaron artificialmente mediante una técnica de gelificación iónica. Se prepararon varias NP de CS que se habían cargado con un SF utilizando diferentes concentraciones de tripolifosfato de sodio (TPP). Estas concentraciones fueron 2,5, 5, 10 y 20 mg/ml, y se abrevian como SF-CS NP 2,5, SF-CS NP 5,0, SF-CS NP 10 y SF-CS NP 20, respectivamente. Se utilizaron DLS, FTIR, XRD, HRTEM, TGA y FESEM con EDX y TEM para la caracterización fisicoquímica de las NP SF-CS. Tanto la técnica DLS como la HRTEM demostraron que se producían partículas más pequeñas cuando se elevaba el contenido de TPP. En una solución de PBS con un pH de 4,5, el SF mostró una liberación eficiente de las nanopartículas, lo que demuestra que el mecanismo de administración es eficaz para las células tumorales. El estudio de citotoxicidad mostró que su efecto anticancerígeno contra líneas celulares HepG2 era significativamente superior al del SF libre. Además, el nanofármaco demostró una ausencia de toxicidad detectable en líneas celulares de fibroblastos dérmicos humanos adultos normales (HDFa). Este es un paso hacia el desarrollo de un sistema de administración de medicamentos contra el cáncer más eficaz con características de liberación sostenida, que en última instancia mejorará la forma en que se trata el cáncer.

Químicos macromoleculares implementaron con éxito una terapia anticancerígena utilizando nanomateriales, centrándose en la técnica huésped-huésped. La invención de dispositivos de nanoadministración que contienen sustancias químicas terapéuticas ha aumentado la eficacia terapéutica de varios medicamentos contra el cáncer. Recientemente se han diseñado nanoportadores poliméricos para cargar medicamentos de manera eficiente, liberarlos de manera controlada y sostenida y acumular suficientes productos farmacéuticos en los sitios de enfermedad. Las terapias tradicionales modernas contra el cáncer, como la quimioterapia rigurosa, la radiación, la cirugía y la inmunoterapia, se caracterizan por una alta toxicidad, pérdidas de medicación, daño a órganos o células sanos, distribución no específica y efectos secundarios significativos, todo lo cual contribuye a la salud de los pacientes. mal pronóstico. Los tratamientos tradicionales para el cáncer de hígado están plagados de problemas como la pérdida de fármacos, su eliminación, su resistencia y su acumulación en el sitio del tumor. Las tecnologías terapéuticas de nanoadministración ofrecen varias ventajas sobre el tratamiento habitual del cáncer. Los métodos de administración terapéutica son fundamentales en la clínica porque los medicamentos deben cargarse, encapsularse, ser absorbidos de manera eficiente por las células, liberarse lentamente con el tiempo y almacenarse dentro de las células cancerosas. Por lo tanto, es vital desarrollar métodos de administración de fármacos con nanotransportadores más eficientes y eficaces para transportar el tratamiento a las áreas afectadas específicas o a las células cancerosas con concentraciones adecuadas de fármaco y un excelente período de duración terapéutica. Para combatir los efectos negativos de la quimioterapia que puedan manifestarse en el organismo, esto es necesario.

La forma más común de cáncer de hígado, el carcinoma hepatocelular (CHC), también conocido como hepatoma, representa del 85 al 90 % de los casos1. Como resultado de la propagación generalizada del virus de la hepatitis B (VHB) en estas regiones, el CHC tiene una prevalencia desproporcionadamente alta en los países más pobres. Desafortunadamente, tanto la tasa de mortalidad general como la tasa de mortalidad específicamente atribuible al CHC están aumentando en las naciones industrializadas. El carcinoma hepatocelular de alto grado causado por el VHC es la causa de muerte por cáncer de más rápido crecimiento en todo el mundo. Tanto las organizaciones de salud pública como los investigadores clínicos y de biología fundamental siempre están pensando en formas de frenar activamente las crecientes tasas de mortalidad debidas al CHC. Para reducir la probabilidad de que se desarrolle CHC en personas de alto riesgo, se pueden seguir los siguientes procedimientos:

Controlar los factores de riesgo o reducir la probabilidad de que quienes corren el riesgo de desarrollar cáncer de cabeza y cuello son los objetivos de las medidas preventivas denominadas medidas de prevención del CHC.

Monitoreo para el diagnóstico temprano de CHC en una etapa tratable

Mejorar el tratamiento de personas con CHC diagnosticado mediante

Mejor clasificación de los pacientes para una mejor selección de las modalidades de terapia que se proporcionarán a los pacientes con el fin de mejorar las tasas de curación y supervivencia.

Introducción de enfoques terapéuticos innovadores para el tratamiento del CHC.

Según los estudios, el SF es un inhibidor multiquinasa administrado por vía oral que tiene importantes efectos anticancerígenos a través de mecanismos antiproliferativos, antiangiogénicos y proapoptóticos2. Raf-1, B-Raf, VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3, receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFR-), FLT-3, Ret y c-Kit están todos regulados negativamente. Se ha descubierto que la proteína Raf es un componente importante de la cascada de señalización RAS/MEK/ERK. La vía MAPK/ERK se compone de tres proteínas quinasas activadas secuencialmente que son mediadores cruciales de una variedad de destinos celulares, incluido el crecimiento, la proliferación y la supervivencia. Por otro lado, se descubrió que la inyección de SF inhibe la activación de la proteína del factor 1 inducible por hipoxia (HIF-1)3,4. La modulación de la acción antiangiogenética depende crucialmente de la proteína HIF-1. Además, SF ha regulado negativamente con éxito la expresión de la proteína antiapoptótica de la leucemia de células mieloides 1 (Mcl-1), que puede aumentar la eficacia terapéutica proapoptótica en la terapia combinada con otros medicamentos contra el cáncer5,6. La Figura 1 muestra una descripción general del proceso de inhibición de SF.

Mecanismo de acción del SF para el tratamiento del cáncer7.

Las nanopartículas se definen como materiales que poseen dimensiones dentro del rango de la nanoescala, específicamente por debajo de 100 nm. En los últimos tiempos, estas sustancias han adquirido importancia en la medicina contemporánea, encontrando utilidad en diversas áreas, como por ejemplo sirviendo como agentes de contraste en imágenes médicas y como portadores para la administración de genes en células individuales. Las nanopartículas poseen propiedades únicas que las diferencian de los materiales a granel debido a su tamaño, que incluyen, entre otras, reactividad química, absorción de energía y movilidad biológica. Existen numerosos beneficios de las nanopartículas para la medicina moderna. Hay ciertos escenarios en los que la utilización de nanopartículas facilita análisis y terapias que de otro modo serían inalcanzables.

Para mejorar los efectos anticancerígenos de la medicación con sorafenib en líneas celulares de cáncer de hígado, este trabajo pretende optimizar la formulación de NP SF-CS ajustando la cantidad de TPP. Utilizando la técnica de gelificación iónica, el grupo fosfato en TPP reaccionó con el grupo amina en quitosano para formar enlaces cruzados que permitieron la síntesis de las NP SF-CS. Para optimizar la carga útil terapéutica, se pueden ajustar las características de entrecruzamiento de las nanopartículas entre las cadenas de quitosano y su interacción con TPP. La eficacia de la nanopartícula resultante se evaluará mediante caracterizaciones fisicoquímicas, liberación in vitro y actividad anticancerígena mediante ensayo MTT en líneas celulares de cáncer de hígado.

Todos los productos químicos se obtuvieron de proveedores acreditados: Sigma Aldrich (Saint Louis, MO, EE. UU.) proporcionó polvo de quitosano [bajo peso molecular (LMW), desacetilación 75–85 %], Merck suministró tripolifosfato de sodio (TPP), Hamburg Industries Inc. (Alemania). ) suministró ácido acético (99,8%) y Laboratory & Scientific Enterprise (Malasia) suministró dimetilsulfóxido (99%). Los medicamentos Tween 80 y SF se compraron a Sigma-Aldrich. Todo el experimento se realizó con agua desionizada (18,20 MΩ cm-1). Fibroblasto dérmico primario: normal, humano, adulto (HDFa) (ATCC® PCS-201-012™), célula de carcinoma hepatocelular (HepG2-ATCC® HB-8065™), se adquirieron de ATCC (AMERICAN TYPE CULTURE COLLECTION, PO BOX 1549, Manassas, VA 20,108, EE. UU.).

En esta investigación se utilizó la metodología de gelificación iónica para fabricar NP SF-CS (Fig. 2). El polvo de quitosano de BPM (0,5 mg/ml) en la solución de ácido acético al 1,0 % (v/v) se disolvió completamente8,9. Posteriormente se disolvieron 1,0 g de medicamentos SF en 100 ml de DMSO. Con agitación constante, se añadieron soluciones de fármaco y tensioactivo TWEEN-80 a una concentración del 2,0 % (v/v) a la solución acuosa que contenía el quitosano disuelto. Paralelamente, se preparó en agua una solución de TPP en concentraciones de 2,5, 5,0, 10,0 y 20,0 mg/ml correspondientemente. La solución de TPP se añadió a la solución del fármaco quitosano gota a gota usando una bureta. La suspensión se centrifugó durante 10 min a 4000 rpm y luego se lavó tres veces con agua. Para facilitar análisis adicionales y pruebas de citotoxicidad, la muestra se liofilizó.

Diagrama esquemático de la metodología de gelificación iónica 10.

En este estudio, se utilizó un nanocalibrador (Malvern Instruments, Malvern, Reino Unido) para determinar la distribución del tamaño de partículas de las NP SF-CS. Se utilizó microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM; Hitachi H-7100, Tokio, Japón) a un voltaje de aceleración de 100 kV para examinar los rasgos morfológicos y la distribución de tamaño. Se utilizó un programa de procesamiento de imágenes conocido como ImageJ para evaluar la distribución del tamaño de partículas. Se aplicó una gota de soluciones diluidas de SF-CS NP a rejillas de cobre con un tamaño de malla de 300 y películas de carbono. Las muestras se secaron al aire antes del análisis HRTEM. El siguiente paso fue realizar un análisis termogravimétrico y termogravimétrico diferencial (TGA/DTG) de las nanopartículas utilizando un aparato Mettler-Toledo entre temperaturas de 25 y 1000 °C con una velocidad de calentamiento de 10 °C por minuto. La geometría y morfología de las nanopartículas de SF-CS NP se investigaron utilizando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM, NOVA NANOSEM 230, NovaTM NanoSEM 230 — FEI Corporation, CA, EE. UU.). Las soluciones líquidas de nanopartículas se colocaron en un trozo, se secaron en un horno y luego se examinaron11,12. Se utilizó espectroscopía de rayos X de dispersión de energía en combinación con FESEM (FESEM-EDX, NOVA NANOSEM 230, NovaTM NanoSEM 230 — FEI Corporation, CA, EE. UU.) para determinar la composición de las NP SF-CS producidas13. El espectro EDX se utilizó para cuantificar los porcentajes atómicos y en peso de los elementos presentes en la muestra, sin limitarse a compuestos de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, azufre y carbono. Para determinar la eficiencia de carga y la liberación de fármaco de las NP SF-CS, se utilizó un espectrofotómetro ultravioleta-visible (UV-Vis). El estudio FTIR de NP SF-CS se realizó utilizando un espectrómetro FTIR (espectrofotómetro PerkinElmer1725X). Se utilizaron espectros FTIR con el sedimento de bromuro de potasio (1,5 mg de muestra + 150 mg de bromuro de potasio) para examinar la construcción exitosa de las nanopartículas. La resolución del instrumento fue de 4 cm-1. Se examinó el rango de 600 a 4000 cm-1 en los espectros FTIR.

Se produjo una curva de eficiencia para la carga de fármaco utilizando un rango de longitud de onda de 200 a 500 nm. En total, se añadió 1 ml de metanol con 10 mg de polvo de NP SF-CS de cada muestra. Luego se calculó la concentración del medicamento mediante espectroscopia UV-Vis y la longitud de onda máxima de absorción. Utilizando este enfoque, pudimos determinar la eficiencia de encapsulación (EE%) y el contenido de carga (LC%) de SF-CS NP.

Las nanopartículas sintetizadas (SF-CS NP) liberaron fármacos de una manera similar y en algunos aspectos idéntica al método descrito en un artículo de Jasim y compañeros de trabajo (2022). Para resuspender las nanopartículas cargadas con el fármaco (10 mg), se utilizó una solución tamponada con fosfato (PBS) de pH 7,4 y 4,8 a 37 °C con agitación moderada y continua a 400 rpm utilizando un agitador orbital. Finalmente, de las muestras centrifugadas se tomaron alícuotas de 3 mL del sobrenadante a intervalos predeterminados (0,5, 1, 2, 4, 6, 12 y 24 h, y posteriormente cada 24 h hasta 7 días). Usaron una solución nueva de PBS para rellenar la jeringa. Se utilizó espectrofotometría UV-Vis para examinar el sobrenadante desperdiciado. De hecho, se tomaron tres medidas diferentes.

La liberación de fármaco de las NP SF-CS se basó en el enfoque publicado por Jasim et al., y en algunos aspectos fue idéntico al mismo. (2022). Se resuspendieron diez miligramos de SF-CS NP en 10 ml de solución tamponada con fosfato (PBS) de pH 7,4 y 4,8 a 37 ° C, con agitación moderada y continua a 400 rpm utilizando un agitador orbital. Posteriormente, a intervalos regulares, se recogieron alícuotas de 3 ml del sobrenadante de las muestras centrifugadas (0,5, 1, 2, 4, 6, 12 y 24 h, y posteriormente cada 24 h hasta 7 días). Rellenaron la jeringa con una nueva solución de PBS. El análisis del sobrenadante desechado se realizó mediante espectrofotometría UV-Vis. Se tomaron tres conjuntos separados de mediciones.

La supervivencia celular y la citotoxicidad de las NP SF-CS se evaluaron en varias líneas celulares diferentes utilizando el ensayo de metiltiazol tetrazolio (MTT)14,15. Este estudio utilizó la línea celular HepG2 y la línea celular HDFa para evaluar la toxicidad de las nanopartículas. Las células HepG2 se cultivaron en medio esencial mínimo de Eagle (EMEM) suplementado con suero bovino fetal (FBS) al 10 % y penicilina-estreptomicina al 1 % (PS; 100 U/mL), mientras que las células HDFa se cultivaron en medio basal de fibroblastos con el kit de crecimiento de fibroblastos. -Sin suero (ATCC® PCS-201-040). Al 80% de confluencia, las células se lavaron tres veces con solución salina tamponada con fosfato. Utilizando tripsina a una concentración del 0,1%, se recogieron las capas de células. Se agregaron NP SF-CS a placas de cultivo de 96 pocillos que contenían células que se habían sembrado a una densidad de 1 x 104 células por pocillo. Luego las placas se colocaron en una incubadora durante 24 h. Estos son los pasos que se siguen para calcular el porcentaje de viabilidad celular relativa:

El rendimiento máximo de la reacción se registró a 5 mg/ml de TPP, como se muestra en la Tabla 1, e incluso después de aumentar la concentración de TPP, el rendimiento permaneció relativamente similar. A una concentración de 2,5 mg/ml, el rendimiento de la reacción fue el más bajo. Los hallazgos del contenido de carga (LC) y la eficiencia de encapsulación (EE) de SF no mostraron un patrón definido cuando se incrementaron las concentraciones de TPP. La LC y EE alcanzaron una concentración máxima de 5 mg/ml pero disminuyeron a 10 y 20 mg/ml de TPP. Esto puede deberse a los tamaños de nanopartículas más bajos de SF – CS NP con una concentración de TPP de 10 mg / ml y 20 mg / ml, SF – CS NP 10 y SF – CS NP 20 (los tamaños de las nanopartículas se analizan más adelante).

La morfología de las partículas se dedujo a partir de imágenes HRTEM examinando el diámetro preciso de las nanopartículas, las distribuciones de tamaño, la forma y la imagen de la interfaz de la dispersión de las partículas en la solución. Cada una de las nanopartículas producidas tomó forma esférica, como se ve en la Fig. 3. Además, se pudo ver cómo la concentración de TPP afectó los resultados, con un tamaño de diámetro medio decreciente a medida que crecía la concentración de TPP. A 2,5 mg/mL, la concentración más baja, SF-CS NP 2,5 mostró la partícula esférica relativamente más grande con un diámetro medio de 212,4 ± 59,7 nm, seguida por SF-CS NP 5 y SF-CS NP 10 (5 y 10 mg/ mL TPP) con diámetros medios de 24,1 ± 10,2 y 16,6 ± 3,0 nm, respectivamente. Las NP SF-CS 20 también demostraron el tamaño de partícula esférica comparativamente más bajo con un diámetro medio de 9,2 ± 2,0 nm a la concentración máxima de TPP de 20 mg/ml.

Imágenes HRTEM y distribución del tamaño de partículas de (A, E) SF – CS NP 2.5, (B, F) SF – CS NP 5.0, (C, G) SF – CS NP 10 y (D, H) SF – CS NP 20 .

La distribución del tamaño de las partículas también se investigó en estado solvatado, donde las moléculas del disolvente (agua desionizada) interactuaban con las partículas. La Figura 4 muestra un patrón similar, en el que el aumento de la concentración de TPP resultó en una disminución en el tamaño de las nanopartículas generadas, probablemente debido a la adsorción de iones con cargas opuestas en el medio solvente (agua desionizada). Está bien establecido que los grupos amino libres del quitosano interactúan con la carga negativa del anión multivalente, TPP, para crear nanopartículas de CS-TPP en un ambiente ácido. Este proceso convierte –NH2 en –NH3+. De ahora en adelante, una mayor reticulación intermolecular e intramolecular entre el quitosano y el TPP condujo a tamaños de partículas más bajos a medida que aumentaba la concentración de TPP.

Distribución del tamaño de partículas de NP SF-CS listas en numerosas concentraciones de TPP, (A) 2,5, (B) 5, (C) 10 y (D) 20 mg/ml.

La FESEM observó la morfología de la superficie de las nanopartículas sintetizadas (Fig. 5). Se realizó un análisis EDX junto con FESEM para investigar el análisis compositivo de SF-CS NP 5.0. Un análisis FESEM de SF-CS NP 5.0 confirmó la naturaleza esférica de las nanopartículas. Aparte de eso, la inclusión de elementos C, N, O, F, S y Cl se demuestra en la Fig. 5, lo que demuestra que todos los compuestos se incluyeron en las nanopartículas finales, SF – CS NP 5.0. En términos de porcentajes atómicos y pesos moleculares, se encontró que el carbono y el oxígeno eran los más frecuentes, mientras que el nitrógeno, el flúor, el azufre y el cloro estaban presentes debido a la presencia de los medicamentos. El pico de Cl observado se puede atribuir a la presencia de SF.

Imágenes FESEM de SF – CS NP 5.0 junto con espectros EDX.

La Figura 6 muestra los patrones de XRD SF puro, NP CS y NP SF-CS formados con concentraciones variadas de TPP. El SF puro tuvo una fuerte reflexión a 2θ = 25,1°, como se ve en la Fig. 6, lo que indica que es de naturaleza extremadamente cristalina. Las NP de CS, por otro lado, tuvieron un pico amplio, lo que indica que es un tipo de sustancia amorfa. Se observó un gran pico amorfo para las nanopartículas SF-CS NP 2.5, SF-CS NP 5.0, SF-CS NP 10 y SF-CS NP 20, lo que indica una alta concentración de la fase de quitosano, detrás de la cual se encuentra el pico cristalino de SF. fue enterrado cuando estaban encerrados en las NP CS. Los picos amplios en ángulos de difracción 2θ de 12,4, 21,7 y 24,3° coincidían con el patrón de picos del SF puro, lo que indica que el SF había sido encapsulado en la matriz de quitosano.

Patrones de XRD de (A) CS NP (B) SF puro, (C) SF – CS NP 2.5, (D) SF – CS NP 5.0, (E) SF – CS NP 10 y (F) SF – CS NP 20.

La Figura 7 muestra los espectros infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) para SF puro, NP CS, NP SF-CS 2.5, NP SF-CS 5.0, NP SF-CS 10 y NP SF-CS 20, que pueden usarse para inferir. la presencia e interacción de moléculas adsorbidas y moléculas recubiertas unidas a las capas superficiales de las nanopartículas. Las bandas de absorción se detectaron escaneando un espectro entre 600 y 4000 cm-1.

Espectro FTIR de (A) SF puro, (B) CS NP, (C) SF-CS NP 2.5, (D) SF-CS NP 5.0, (E) SF-CS NP 10 y (F) SF-CS NP 20.

Para SF puro, el pico a 1642 cm-1 es característico del grupo amida C=O. La banda de estiramiento C-H tiene una banda complementaria a 3078 cm-1, y el grupo amida C=O tiene una banda característica a 1738 cm-1. La banda a 1022 cm-1 fue, por otro lado, causada por el grupo fosfato en TTP. Además, las NP de CS tenían bandas anchas características a 1647 y 1588 cm-1, que se interpretaron como reflejo del estiramiento de la vibración de flexión del grupo CO-NH2. El grupo C – O del ácido carboxílico hace que aparezca una banda en 1302 cm-1 y 1128 cm-1. Las nanopartículas con SF – CS NP 2.5, SF – CS NP 5.0, SF – CS NP 10 y SF – CS NP 20 producidas tenían bandas en 3332, 3294, 1704, 1641, 1556 y 1202 cm-1. La banda SF-CS NPs 679 cm-1 es el resultado del estiramiento C-Cl del fármaco. Además, se demostró que la vibración de flexión del grupo CO-NH2 se estiraba solo en ChNP, como lo indican las bandas anchas en 1647 y 1588 cm-1. Todas las nanopartículas fabricadas mostraban las bandas características de CS-TTP, lo que demuestra que el SF se había encapsulado con éxito dentro de la matriz de quitosano.

Utilizando un analizador térmico, se investigó la estabilidad térmica de los SF-CS NP 2.5, 5.0, 10 y 20. Los resultados de los termogramas TGA/DTG se muestran en la Fig. 8. Los resultados proporcionan detalles cuantitativos sobre la composición de las nanoestructuras. Los SF-CS NP 2.5, SF-CS NP 5.0, SF-CS NP 10 y SF-CS NP 20 revelaron patrones de pérdida de peso de cuatro fases comparables, como se muestra en la Fig. 8. Pérdida de peso a temperaturas entre 28 y 100 ° C se atribuyó a la liberación de agua (pérdida de enlaces de hidrógeno). A diferencia de la tercera y cuarta fase, que tuvieron lugar entre 69 y 180 °C, la segunda fase se desencadenó por la descomposición del quitosano. El residuo final del estudio TGA osciló entre el 20 y el 30 por ciento, lo que demuestra la mayor estabilidad térmica del quitosano.

Termogramas TGA / DTG de (A) SF – CS NP 2.5, (B) SF – CS NP 5.0, (C) SF – CS NP 10 y (D) SF – CS NP 20.

La eficacia terapéutica del medicamento depende en gran medida del tipo de liberación del fármaco desde el nanoportador, que debe mantenerse para que el sistema de administración sea eficaz después de la administración. La administración controlada de medicamentos tiene el potencial de reducir las dosis de los medicamentos, minimizar los efectos adversos sistémicos y prolongar el tiempo en que los medicamentos terapéuticos son efectivos. La cantidad de SF liberado de SF-CS NP 20 se midió mediante ensayos de liberación in vitro en PBS 7,4 y PBS pH 4,5. Para la simulación de las condiciones fisiológicas de las células y el microambiente ácido del tumor, se utilizaron valores de pH de 4,5 y 7,4, respectivamente. Las mismas etapas fueron seguidas por SF-CS NP 20, que primero se liberaron rápidamente durante las primeras 24 h, luego lentamente durante las siguientes 48 h y, finalmente, de manera constante. La liberación constante de SF que muestran las NP 20 de SF-CS en la Fig. 9A sugiere que el SF es estable dentro de las nanopartículas. El período de 169 h terminó con una descarga completa exitosa. La Figura 9 muestra que el 92% del SF liberado después de 72 h se logró a un pH de 4,5 en comparación con el 84% a un pH de 7,4 para las 20 muestras de SF-CS NP en el mismo momento. El período de 169 h terminó con una descarga completa exitosa. Estos perfiles de liberación revelaron que las NP 20 de SF-CS pueden liberar SF a pH 4,5 en lugar de pH 7,4, lo que puede hacer que SF sea más susceptible a la liberación.

Perfiles de liberación acumulativa de SF de (A) SF – CS NP 5 y SF – CS NP 20 a pH 4,5 y (B – F) el ajuste de los datos utilizando cinco modelos matemáticos diferentes a varios pH 4,5.

Debido a las numerosas variables fisicoquímicas involucradas en la administración de medicamentos o la liberación de nanoportadores, se requieren modelos matemáticos. La Figura 9B ilustra los ajustes lineales de cinco modelos cinéticos y matemáticos alternativos que se utilizaron para ajustar los datos de liberación de SF de nanopartículas (F). La fórmula 4, en la que K1 es la constante de velocidad y qe y qt son las cantidades de SF liberado en el equilibrio y en cualquier momento (t), respectivamente, se puede utilizar para definir la cinética de liberación de pseudoprimer orden en forma lineal. La constante de velocidad, K2, para la cinética de liberación de pseudosegundo orden se describe en la Fórmula 5 en una forma lineal típica de los modelos de cinética de segundo orden. Según el modelo de Higuchi (Fórmula 6), donde KH es la constante de velocidad de Higuchi, la liberación de sorafenib de las nanopartículas aumenta con la raíz cuadrada del tiempo. La fórmula 7 del modelo de Hixson-Crowell ilustra la dependencia temporal de la raíz cúbica del SF residual, donde Mo es la concentración inicial de SF en las nanopartículas, qt es la cantidad liberada en el tiempo t y KHC es la constante de velocidad de Hixson-Crowell. El exponente de liberación n y el logaritmo del tiempo están relacionados en el modelo de Korsmeyer-Peppas (Fórmula 8), donde q representa la liberación en un tiempo infinito.

El coeficiente de correlación calculado (R2), la constante de velocidad (K) y los valores t1/2 del perfil de liberación se muestran en la Tabla 2, lo que demuestra que el modelo cinético de pseudosegundo orden fue seguido por la cinética de liberación de SF-CS NP. 20. Mediante el desarrollo de cinéticas de intercambio competitivas se descubrió que la reacción iónica es la etapa que determina la velocidad en el proceso de liberación.

Las nanopartículas más pequeñas tuvieron la mejor actividad antiproliferativa y selectividad para las células HepG2. Por lo tanto, en esta sección se incluyeron únicamente la citotoxicidad y las actividades antiproliferativas de SF-CS NP 20. La prueba MTT se empleó para evaluar la citotoxicidad y los niveles de supervivencia celular de las NP SF-CS 20. Se utilizaron células HDFa y HepG2 para realizar este ensayo. Con el fin de determinar la selectividad tumoral, se utilizaron células HDFa como línea celular no cancerosa y como control.

Después de estar expuestos a SF puro y SF-CS NP 20 a lo largo del tiempo, la Fig. 10 muestra el porcentaje de células HDFa y HepG2 que todavía están vivas. Después de la incubación, se demostró que todas las nanopartículas modificadas eran biocompatibles y no tóxicas para las células HDFa y HepG2, con una viabilidad celular del 85% y 50%, respectivamente, en un rango de concentración de 1 ga 125 g. Como se prevé que las células sanas no se verán afectadas por la composición sintética de nanopartículas anticancerígenas, se predice que destruirá eficazmente las células malignas y al mismo tiempo será segura para las células sanas.

Curva dosis-respuesta de (A) SF puro y (B) SF-CS NP 20, donde (a) representa la viabilidad de HDFa y (b) representa la inhibición de Hep G2. Los resultados se presentan como la media ± DE de tres estudios separados, cada uno de los cuales se realizó por triplicado.

La CC50 se calculó utilizando curvas sigmoideas de dosis-respuesta y los resultados se describen en la Tabla 3 de este trabajo. Se llevaron a cabo ampliamente estudios de citotoxicidad de SF puro y SF-CS NP 20 in vitro. Para las células HDFa y HepG2, se necesitaron 154,88 ± 1,8 y 13,60 ± 1,6 g/ml de SF-CS NP 20, respectivamente, para demostrar el CC50. Mientras que el SF puro requirió una dosis más alta para tener un impacto de citotoxicidad del 50%, los SF-CS NP 20 solo necesitaron una dosis más baja para lograr el mismo efecto. Además, esta investigación demostró que la versión gratuita era menos peligrosa que las NP SF-CS 20.

En este estudio, se utilizaron varios métodos diferentes de caracterización, así como investigación de liberación in vitro y viabilidad celular, para llevar a cabo una investigación exhaustiva de las características de las NP SF-CS 20. La investigación utilizando FTIR y XRD da crédito a la noción que se puedan producir nanopartículas. El tamaño de las partículas dispersas se demostró mediante imágenes de HRTEM y FESEM. No hubo evidencia de aglomeración. Se demostró que el perfil de liberación de medicamentos era beneficioso para el tratamiento de nanopartículas. Al mismo tiempo, el efecto anticancerígeno de las nanopartículas producidas fue más potente que el del fármaco libre, lo que concordó con los resultados de los ensayos de citotoxicidad.

En el futuro, es imperativo realizar una investigación exhaustiva de las actividades biológicas mediante validaciones de absorción cuantitativa. Además, la utilización de modelos animales in vivo se considera necesaria y constituirá un aspecto importante de nuestra próxima investigación.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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Un agradecimiento especial a Isshadiba Faikah Mustafa por su apoyo técnico durante los experimentos.

Este trabajo fue apoyado por Grant Putra Berimpak, UPM/8003/3/1/GPB/2019/9678800, Vot. No. 9678800 Universiti Putra Malasia.

Estos autores contribuyeron igualmente: Fahad Albalawi y Mohd Zobir Hussein.

Departamento de Laboratorio Médico y Banco de Sangre, Hospital Especialista Rey Fahad-Tabuk, Tabuk, Arabia Saudita

Fahad Albalawi

Laboratorio de Síntesis y Caracterización de Nanomateriales, Instituto de Biociencias (IBS), Universiti Putra Malaysia, Serdang, Selangor, Malasia

Fahad Albalawi

Facultad de Odontología, Universidad Brawijaya, Malang, Indonesia

Mohd Zobir Hussein

Departamento de Anatomía Humana, Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud, Universiti Putra Malaysia, Serdang, Selangor, Malasia

Sharida Fakurazi

Laboratorio de Investigación de Productos y Medicina Natural Instituto de Biociencias, Serdang, Selangor, Malasia

Sharida Fakurazi

Departamento de Biología Celular y Molecular, Facultad de Biotecnología y Ciencias Biomoleculares, Universiti Putra Malaysia, Serdang, Selangor, Malasia

Sr. Jaffri Masarudin

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FMA realizó el experimento, caracterizó los sistemas de nanopartículas y redactó el manuscrito. MZH supervisó el proyecto, editó y comentó el manuscrito. SF y JM contribuyeron con la idea del estudio de investigación. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Mohd Zobir Hussein.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Albalawi, F., Hussein, MZ, Fakurazi, S. et al. Fabricación y caracterización de una plataforma de nanoadministración basada en quitosano para mejorar el resultado anticancerígeno de sorafenib en el carcinoma hepatocelular. Representante científico 13, 12180 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38054-4

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Recibido: 21 de marzo de 2023

Aceptado: 02 de julio de 2023

Publicado: 27 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38054-4

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