Gallium compounds forthe design of (nano)radiophamarceuticals

Tese de doutoramento, Química (Química Inorgânica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Avaliação do potencial clínico de novos ligandos para o receptor estrogénico em diagnóstico e terapia de tumores da mama

Tese de doutoramento, Química (Química Inorgânica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Pretargeted radioimmunotherapy using genetically engineered antibody-streptavidin fusion proteins for treatment of non-hodgkin lymphoma.

Purpose: Pretargeted radioimmunotherapy (PRIT) using streptavidin (SAv)-biotin technology can deliver higher therapeutic doses of radioactivity to tumors than conventional RIT. However, "endogenous" biotin can interfere with the effectiveness of this approach by blocking binding of radiolabeled biotin to SAv. We engineered a series of SAv FPs that downmodulate the affinity of SAv for biotin, while retaining high avidity for divalent DOTA-bis-biotin to circumvent this problem.Experimental Design: The single-chain variable region gene of the murine 1F5 anti-CD20 antibody was fused to the wild-type (WT) SAv gene and to mutant SAv genes, Y43A-SAv and S45A-SAv. FPs were expressed, purified, and compared in studies using athymic mice bearing Ramos lymphoma xenografts.Results: Biodistribution studies showed delivery of more radioactivity to tumors of mice pretargeted with mutant SAv FPs followed by (111)In-DOTA-bis-biotin [6.2 +/- 1.7% of the injected dose per gram (%ID/gm) of tumor 24 hours after Y43A-SAv FP and 5.6 +/- 2.2%ID/g with S45A-SAv FP] than in mice on normal diets pretargeted with WT-SAv FP (2.5 +/- 1.6%ID/g; P = 0.01). These superior biodistributions translated into superior antitumor efficacy in mice treated with mutant FPs and (90)Y-DOTA-bis-biotin [tumor volumes after 11 days: 237 +/- 66 mm(3) with Y43A-SAv, 543 +/- 320 mm(3) with S45A-SAv, 1129 +/- 322 mm(3) with WT-SAv, and 1435 +/- 212 mm(3) with control FP (P < 0.0001)].Conclusions: Genetically engineered mutant-SAv FPs and bis-biotin reagents provide an attractive alternative to current SAv-biotin PRIT methods in settings where endogenous biotin levels are high. Clin Cancer Res; 17(23); 7373-82. (C)2011 AACR.

Systèmes vésiculaires colloïdaux pour la vectorisation de la 1-β-D-arabinofuranosylcytosine

La 1-β-D-arabinofuranosylcytosine (ara-C) demeure l’agent anticancéreux principalement utilisé dans le traitement de la leucémie myéloblastique aiguë (LMA), malgré sa dégradation et son élimination rapide après une administration parentérale. Son encapsulation dans des vecteurs pharmaceutiques, majoritairement des liposomes, a permis de surmonter ces inconvénients. L’objectif général de ce projet de doctorat était de développer deux systèmes à libération prolongée, à base de phospholipides, de cholestérol et de poly(éthylène glycol) (PEG) afin d’encapsuler l’ara-C et ultimement, d’améliorer son efficacité dans le traitement de la LMA. Des Sphérulites® (vésicules multilamellaires d’un type particulier) ont d’abord été étudiées pour leur forte capacité d’encapsulation, due à leur mode de préparation. Par la suite, une formulation liposomale capable, d’une part de cibler spécifiquement les cellules leucémiques et, d’autre part, de promouvoir la libération intracellulaire de l’ara-C grâce à sa sensibilité au pH, a été mise au point. Les deux formulations se devaient d’avoir un faible diamètre, une stabilité en présence de fluides biologiques et des temps de circulation prolongés chez l’animal. Une préparation de Sphérulites®, composée de Phospholipon 90G, de Solutol HS15 et de cholestérol, a permis d’obtenir des vésicules de 300 nm de diamètre. Un dérivé lipidique de PEG a pu être fixé à leur surface, sans modifier la disposition concentrique des lamelles, ni changer leur stabilité. Les Sphérulites® PEGylées ont été chargées d’ara-C et injectées chez le rat par la voie intraveineuse. Elles ont démontré des temps de circulation significativement prolongés comparativement aux Sphérulites® sans PEG. Cependant, l’ara-C s’est retrouvée éliminée de la circulation sanguine très rapidement, révélant une libération précoce du principe actif à partir de ces vésicules. Les liposomes sensibles au pH (~150 nm) ont été obtenus suite à l’insertion d’un copolymère à base de dioctadécyle, de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique. L’anticorps anti-CD33, soit complet soit son fragment Fab’, a été fixé à la surface des liposomes afin de cibler les cellules leucémiques. Les essais in vitro ont démontré la spécificité de la formulation pour différentes cellules leucémiques (CD33+), sa stabilité en présence de protéines plasmatiques et la libération intracellulaire d’un marqueur fluorescent et de l’ara-C. Enfin, des études menées chez la souris saine et immunodéprimée inoculée de cellules HL60 ont montré que la formulation exposant le fragment Fab’ possédait un profil pharmacocinétique et une biodistribution semblables à ceux des liposomes contrôles non-ciblés. L’encapsulation de l’ara-C a permis d’améliorer grandement ses temps de circulation après une administration intraveineuse. Cependant, bien que les immunoliposomes ont permis de prolonger la survie des souris leucémiques comparativement à l’ara-C libre, l’addition du polymère sensible au pH n’a pas permis d’apporter de réel avantage à la formulation lorsque administrée in vivo. Les résultats obtenus dans ce travail de thèse ont, dans un premier temps, mis en évidence que les Sphérulites® pourraient s’avérer utiles dans la vectorisation d’agents anticancéreux si leur capacité à retenir le principe actif in vivo était améliorée. Dans un second temps, les données présentées avec les immunoliposomes suggèrent qu’ils pourraient apporter un bénéfice notable dans le traitement de la LMA.

Mise au point de nanoparticules polymères pour l'administration parentérale d'agents anticancéreux hydrophobes

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®.

Une nouvelle stratégie de traitement de la maladie cœliaque basée sur les polymères séquestrants

La maladie cœliaque ou sprue cœliaque est une intolérance au gluten. Il s’agit d’une maladie inflammatoire de l’intestin liée à l’ingestion de gluten chez des personnes génétiquement susceptibles. Ce désordre présente une forte prévalence puisqu’il touche 1 % de la population mondiale. En l’état actuel des choses, il n’existe aucun outil pharmacologique pour traiter ou pallier à cette maladie. Cependant, grâce aux avancées dans la compréhension de sa pathogenèse, de nouvelles cibles thérapeutiques ont été identifiées. À l’heure actuelle, le seul traitement efficace consiste à suspendre la consommation de l’agent pathogène, à savoir le gluten. Le gluten est un ensemble de protéines de stockage des céréales contenu dans le blé, l’orge et le seigle. Le gluten du blé se subdivise en gluténines et gliadines. Ce sont ces dernières qui semblent les plus impliquées dans la maladie cœliaque. Les gliadines et ses protéines apparentées (i.e. sécalines et hordéines, respectivement dans le seigle et l’orge) sont riches en prolines et en glutamines, les rendant résistantes à la dégradation par les enzymes digestives et celles de la bordure en brosse. Les peptides résultant de cette digestion incomplète peuvent induire des réponses immunitaires acquises et innées. L’objectif principal de cette thèse était de tester un nouveau traitement d’appoint de la maladie cœliaque utile lors de voyages ou d’évènements ponctuels. Dans les années 80, une observation italienne montra l’inhibition de certains effets induits par des gliadines digérées sur des cultures cellulaires grâce à la co-incubation en présence de mannane: un polyoside naturel composé de mannoses. Malheureusement, ce traitement n’était pas applicable in vivo à cause de la dégradation par les enzymes du tractus gastro-intestinales du polymère, de par sa nature osidique. Les polymères de synthèse, grâce à la diversité et au contrôle de leurs propriétés physico-chimiques, se révèlent être une alternative attrayante à ce polymère naturel. L’objectif de cette recherche était d’obtenir un polymère liant la gliadine, capable d’interférer dans la genèse de la maladie au niveau du tube digestif, afin d’abolir les effets délétères induits par la protéine. Tout d’abord, des copolymères de type poly (hydroxyéthylméthacrylate)-co-(styrène sulfonate) (P(HEMA-co-SS)) ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d’atome (ATRP). Une petite bibliothèque de polymères a été préparée en faisant varier la masse molaire, ainsi que les proportions de chacun des monomères. Ces polymères ont ensuite été testés quant à leur capacité de complexer la gliadine aux pH stomacal et intestinal et les meilleurs candidats ont été retenus pour des essais cellulaires. Les travaux ont permis de montrer que le copolymère P(HEMA-co-SS) (45:55 mol%, 40 kDa) permettait une séquestration sélective de la gliadine et qu’il abolissait les effets induits par la gliadine sur différents types cellulaires. De plus, ce composé interférait avec la digestion de la gliadine, suggérant une diminution de peptides immunogènes impliqués dans la maladie. Ce candidat a été testé in vivo, sur un modèle murin sensible au gluten, quant à son efficacité vis-à-vis de la gliadine pure et d’un mélange contenant du gluten avec d’autres composants alimentaires. Le P(HEMA-co-SS) a permis de diminuer les effets sur les paramètres de perméabilité et d’inflammation, ainsi que de moduler la réponse immunitaire engendrée par l’administration de gliadine et celle du gluten. Des études de toxicité et de biodistribution en administration aigüe et chronique ont été réalisées afin de démontrer que ce dernier était bien toléré et peu absorbé suite à son administration par la voie orale. Enfin des études sur des échantillons de tissus de patients souffrants de maladie cœliaque ont montré un bénéfice therapeutique du polymère. L’ensemble des travaux présentés dans cette thèse a permis de mettre en évidence le potentiel thérapeutique du P(HEMA-co-SS) pour prévenir les désordres reliés à l’ingestion de gluten, indiquant que ce type de polymère pourrait être exploité dans un avenir proche.

Caractérisation de la pharmacocinétique de formulations sensibles au pH et de formulations destinées au traitement des intoxications médicamenteuses

La préparation de formulations à libération contrôlée est le domaine des sciences pharmaceutiques qui vise à modifier l’environnement immédiat des principes actifs pour en améliorer l’efficacité et l’innocuité. Cet objectif peut être atteint en modifiant la cinétique de circulation dans le sang ou la distribution dans l’organisme. Le but de ce projet de recherche était d’étudier le profil pharmacocinétique (PK) de différentes formulations liposomales. L’analyse PK, généralement employée pour représenter et prédire les concentrations plasmatiques des médicaments et de leurs métabolites, a été utilisée ici pour caractériser in vivo des formulations sensibles au pH servant à modifier la distribution intracellulaire de principes actifs ainsi que des liposomes destinés au traitement des intoxications médicamenteuses. Dans un premier temps, la PK d’un copolymère sensible au pH, à base de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique (MAA) a été étudiée. Ce dernier, le p(NIPAM-co-MAA) est utilisé dans notre laboratoire pour la fabrication de liposomes sensibles au pH. L’étude de PK conduite sur les profils de concentrations sanguines de différents polymères a défini les caractéristiques influençant la circulation des macromolécules dans l’organisme. La taille des molécules, leur point de trouble ainsi que la présence d’un segment hydrophobe à l’extrémité des chaînes se sont avérés déterminants. Le seuil de filtration glomérulaire du polymère a été évalué à 32 000 g/mol. Finalement, l’analyse PK a permis de s’assurer que les complexes formés par la fixation du polymère à la surface des liposomes restaient stables dans le sang, après injection par voie intraveineuse. Ces données ont établi qu’il était possible de synthétiser un polymère pouvant être adéquatement éliminé par filtration rénale et que les liposomes sensibles au pH préparés avec celui-ci demeuraient intacts dans l’organisme. En second lieu, l’analyse PK a été utilisée dans le développement de liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pour le traitement des intoxications médicamenteuses. Une formulation a été développée et optimisée in vitro pour capturer un médicament modèle, le diltiazem (DTZ). La formulation liposomale s’est avérée 40 fois plus performante que les émulsions lipidiques utilisées en clinique. L’analyse PK des liposomes a permis de confirmer la stabilité de la formulation in vivo et d’analyser l’influence des liposomes sur la circulation plasmatique du DTZ et de son principal métabolite, le desacétyldiltiazem (DAD). Il a été démontré que les liposomes étaient capables de capturer et de séquestrer le principe actif dans la circulation sanguine lorsque celui-ci était administré, par la voie intraveineuse. L’injection des liposomes 2 minutes avant l’administration du DTZ augmentait significativement l’aire sous la courbe du DTZ et du DAD tout en diminuant leur clairance plasmatique et leur volume de distribution. L’effet de ces modifications PK sur l’activité pharmacologique du médicament a ensuite été évalué. Les liposomes ont diminué l’effet hypotenseur du principe actif administré en bolus ou en perfusion sur une période d’une heure. Au cours de ces travaux, l’analyse PK a servi à établir la preuve de concept que des liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pouvaient modifier la PK d’un médicament cardiovasculaire et en diminuer l’activité pharmacologique. Ces résultats serviront de base pour le développement de la formulation destinée au traitement des intoxications médicamenteuses. Ce travail souligne la pertinence d’utiliser l’analyse PK dans la mise au point de vecteurs pharmaceutiques destinés à des applications variées. À ce stade de développement, l’aspect prédictif de l’analyse n’a pas été exploité, mais le côté descriptif a permis de comparer adéquatement diverses formulations et de tirer des conclusions pertinentes quant à leur devenir dans l’organisme.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Chimeric aptamers in cancer cell-targeted drug delivery

Aptamers are single-stranded structured oligonucleotides (DNA or RNA) that can bind to a wide range of targets ("apatopes") with high affinity and specificity. These nucleic acid ligands, generated from pools of random-sequence by an in vitro selection process referred to as systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX), have now been identified as excellent tools for chemical biology, therapeutic delivery, diagnosis, research, and monitoring therapy in real-time imaging. Today, aptamers represent an interesting class of modern pharmaceuticals which with their low immunogenic potential mimic extend many of the properties of monoclonal antibodies in diagnostics, research, and therapeutics. More recently, chimeric aptamer approach employing many different possible types of chimerization strategies has generated more stable and efficient chimeric aptamers with aptameraptamer, aptamernonaptamer biomacromolecules (siRNAs, proteins) and aptamernanoparticle chimeras. These chimeric aptamers when conjugated with various biomacromolecules like locked nucleic acid (LNA) to potentiate their stability, biodistribution, and targeting efficiency, have facilitated the accurate targeting in preclinical trials. We developed LNA-aptamer (anti-nucleolin and EpCAM) complexes which were loaded in iron-saturated bovine lactofeerin (Fe-blf)-coated dopamine modified surface of superparamagnetic iron oxide (Fe3O4) nanoparticles (SPIONs). This complex was used to deliver the specific aptamers in tumor cells in a co-culture model of normal and cancer cells. This review focuses on the chimeric aptamers, currently in development that are likely to find future practical applications in concert with other therapeutic molecules and modalities.

Improved efficacy and reduced toxicity of doxorubicin encapsulated in sulfatide-containing nanoliposome in a glioma model

As a glycosphingolipid that can bind to several extracellular matrix proteins, sulfatide has the potential to become an effective targeting agent for tumors overexpressing tenasin-C in their microenvironment. To overcome the dose-limiting toxicity of doxorubicin (DOX), a sulfatide-containing nanoliposome (SCN) encapsulation approach was employed to improve treatment efficacy and reduce side effects of free DOX. This study analysed in vitro characteristics of sulfatidecontaining nanoliposomal DOX (SCN-DOX) and assessed its cytotoxicity in vitro, as well as biodistribution, therapeutic efficacy, and systemic toxicity in a human glioblastoma U-118MG xenograft model. SCN-DOX was shown to achieve highest drug to lipid ratio (0.5:1) and a remarkable in vitro stability. Moreover, DOX encapsulated in SCN was shown to be delivered into the nuclei and displayed prolonged retention over free DOX in U-118MG cells. This simple two-lipid SCN- DOX nanodrug has favourable pharmacokinetic attributes in terms of prolonged circulation time, reduced volume of distribution and enhanced bioavailability in healthy rats. As a result of the improved biodistribution, an enhanced treatment efficacy of SCNDOX was found in glioma-bearing mice compared to the free drug. Finally, a reduction in the accumulation of DOX in the drug’s principal toxicity organs achieved by SCN-DOX led to the diminished systemic toxicity as evident from the plasma biochemical analyses. Thus, SCN has the potential to be an effective and safer nano-carrier for targeted delivery of therapeutic agents to tumors with elevated expression of tenascin-C in their microenvironment.

PET imaging of tumours with a 64Cu labeled macrobicyclic cage amine ligand tethered to Tyr3-octreotate

The use of copper radioisotopes in cancer diagnosis and radionuclide therapy is possible using chelators that are capable of binding Cu(II) with sufficient stability in vivo to provide high tumour-to-background contrast. Here we report the design and synthesis of a new bifunctional chelator, 5-(8-methyl-3,6,10,13,16,19-hexaaza-bicyclo[6.6.6]icosan-1-ylamino)-5-oxopentanoic acid (MeCOSar), that forms copper complexes of exceptional stability by virtue of a cage amine (sarcophagine) ligand and a new conjugate referred to as SarTATE, obtained by the conjugation of MeCOSar to the tumour-targeting peptide Tyr(3)-octreotate. Radiolabeling of SarTATE with (64)Cu(II), a radioisotope suitable for positron emission tomography (PET), was fast (~20 min), easily performed at room temperature and consistently resulted in high radiochemical purity (>99%). In vitro and in vivo evaluation of (64)CuSarTATE demonstrated its high selectivity for tumour cells expressing somatostatin receptor 2 (sstr2). Biodistribution and PET imaging comparisons were made between (64)CuSarTATE and (64)Cu-labeled DOTA-Tyr(3)-octreotate ((64)CuDOTATATE). Both radiopharmaceuticals showed excellent uptake in sstr2-positive tumours at 2 h post-injection. While tumour uptake of (64)CuDOTATATE decreased significantly at 24 h, (64)CuSarTATE activity was retained, improving contrast at later time points. (64)CuSarTATE accumulated less than (64)CuDOTATATE in the non-target organs, liver and lungs. The uptake of (64)CuSarTATE in the kidneys was high at 2 h but showed significant clearance by 24 h. The new chemistry and pre-clinical evaluation presented here demonstrates that MeCOSar is a promising bifunctional chelator for Tyr(3)-octreotate that could be applied to a combined imaging and therapeutic regimen using a combination of (64)Cu- and (67)CuSarTATE complexes, owing to improved tumour-to-non-target organ ratios compared to (64)CuDOTATATE at longer time points.

Oral administration of iron-saturated bovine lactoferrin-loaded ceramic nanocapsules for breast cancer therapy and influence on iron and calcium metabolism

We determined the anticancer efficacy and internalization mechanism of our polymeric-ceramic nanoparticle system (calcium phosphate nanocores, enclosed in biodegradable polymers chitosan and alginate nanocapsules/nanocarriers [ACSC NCs]) loaded with iron-saturated bovine lactoferrin (Fe-bLf) in a breast cancer xenograft model. ACSC-Fe-bLf NCs with an overall size of 322±27.2 nm were synthesized. In vitro internalization and anticancer efficacy were evaluated in the MDA-MB-231 cells using multicellular tumor spheroids, CyQUANT and MTT assays. These NCs were orally delivered in a breast cancer xenograft mice model, and their internalization, cytotoxicity, biodistribution, and anticancer efficacy were evaluated. Chitosan-coated calcium phosphate Fe-bLf NCs effectively (59%, P≤0.005) internalized in a 1-hour period using clathrin-mediated endocytosis (P≤0.05) and energy-mediated pathways (P≤0.05) for internalization; 3.3 mg/mL of ACSC-Fe-bLf NCs completely disintegrated (~130-fold reduction, P≤0.0005) the tumor spheroids in 72 hours and 96 hours. The IC50 values determined for ACSC-Fe-bLf NCs were 1.69 mg/mL at 10 hours and 1.62 mg/mL after 20 hours. We found that Fe-bLf-NCs effectively (P≤0.05) decreased the tumor size (4.8-fold) compared to the void NCs diet and prevented tumor recurrence when compared to intraperitoneal injection of Taxol and Doxorubicin. Receptor gene expression and micro-RNA analysis confirmed upregulation of low-density lipoprotein receptor and transferrin receptor (liver, intestine, and brain). Several micro-RNAs responsible for iron metabolism upregulated with NCs were identified. Taken together, orally delivered Fe-bLf NCs offer enhanced antitumor activity in breast cancer by internalizing via low-density lipoprotein receptor and transferrin receptor and regulating the micro-RNA expression. These NCs also restored the body iron and calcium levels and increased the hematologic counts.

Synthesis and in vivo evaluation of [123I]melanin-targeted agents

This study reports the synthesis, [(123)I]radiolabeling, and biological profile of a new series of iodinated compounds for potential translation to the corresponding [(131)I]radiolabeled compounds for radionuclide therapy of melanoma. Radiolabeling was achieved via standard electrophilic iododestannylation in 60-90% radiochemical yield. Preliminary SPECT imaging demonstrated high and distinct tumor uptake of all compounds, as well as high tumor-to-background ratios compared to the literature compound [(123)I]4 (ICF01012). The most favorable compounds ([(123)I]20, [(123)I]23, [(123)I]41, and [(123)I]53) were selected for further biological investigation. Biodistribution studies indicated that all four compounds bound to melanin containing tissue with low in vivo deiodination; [(123)I]20 and [(123)I]53 in particular displayed high and prolonged tumor uptake (13% ID/g at 48 h). [(123)I]53 had the most favorable overall profile of the cumulative uptake over time of radiosensitive organs. Metabolite analysis of the four radiotracers found [(123)I]41 and [(123)I]53 to be the most favorable, displaying high and prolonged amounts of intact tracer in melanin containing tissues, suggesting melanin specific binding. Results herein suggest that compound [(123)I]53 displays favorable in vivo pharmacokinetics and stability and hence is an ideal candidate to proceed with further preclinical [(131)I] therapeutic evaluation.

The ileum as a determinant organ of the functional liver cell mass in rats

PURPOSE: To evaluate if the ileum resection changes the functioning liver cell mass, the hepatic metabolism and the biodistribution of radiopharmaceutical in rats. METHODS: Twelve Wistar rats weighing 285g±34g were randomly divided into the ileum resection group (n = 6) and sham group rats (n = 6). After 30 days, they were anesthetized and 0.1mL of 99m-Tc-phytate(0.66MBq) was injected via femoral vein. After 30 minutes, blood samples were collected for red blood cells radioactive labeling and serum ALT, AST and gammaGT. Liver samples were used for 99m-Tc-phytatepercentage of radioactivity/gram of tissue and histopathology. Student’s t test was used with significance 0.05. RESULTS: There was a higher uptake of 99m-Tc-phytate in the liver of sham rats, compared to the ileum resection group (p<0.05). GammaGT, ALT and AST were increased in ileum resection rats compared to sham (p<0.05). The he patocytes count was significantly lower in ileum resection group than in sham (p<0.05). Liver: body mass ratio was lower in experimental animals than in sham group (p<0.05). CONCLUSION: These data support that the ileum has important role in liver function and liver mass regulation, and they have potential clinical implications regarding the pathogenesis of liver injury following lower bowel resection.

Metabolic and hematologic consequences of colectomy associated to hepatectomy in rats

To investigate the influence of partial colectomy associated with hepatectomy on the biodistribution of the 99mTc-phytate, on metabolic parameters, as well as labeling and morphology of red blood cells. METHODS: Wistar rats were distributed into three groups (each with six), nominated as colectomy, colectomy+hepatectomy and sham. In the 30th postoperative day all rats were injected with 99mTc-phytate 0.1mL i.v. (radioactivity 0.66 MBq). After 15 minutes, liver sample was harvested and weighed. Percentage radioactivity per gram of tissue (%ATI/g) was determined using an automatic gammacounter. Serum AST, ALT, alkaline phosphatase and red blood cells labeling were determined. RESULTS: The liver %ATI/g and red blood cells labeling were lower in colectomy and colectomy+hepatectomy rats than in sham rats (p <0.05), and no difference was detected comparing the colectomy and colectomy+hepatectomy groups. Red blood cells morphology did not differ among groups. Serum levels of AST, ALT and alkaline fosfatase were significantly higher in colectomy+hepatectomy than in colectomy rats (p<0.001). CONCLUSION: Hepatectomy associated with colectomy lowered the uptake of radiopharmaceutical in liver and in red blood cells in rats, coinciding with changes in liver enzymatic activity.