Dextran and protamine-based solid lipid nanoparticles as potential vectors for the treatment of X-linked juvenile retinoschisis

This is a copy of an article published in the Human gene therapy © 2012 copyright Mary Ann Liebert, Inc.; Human gene therapy is available online at: http://online.liebertpub.com.

Thermal characterization of solid lipid nanoparticles containing praziquantel

Solid lipid nanoparticles (SLNs), loaded and unloaded with praziquantel (PRZ-load SLN and PRZ-unload SLN) were prepared by two different procedures: (a) oil-in-water hot microemulsion method, obtaining at 70 degrees C an optically transparent blend composed of surfactant, co-surfactant, and water; and (b) oil-in-water microemulsion method, dissolving the lipid in an immiscible organic solvent, emulsified in water containing surfactants and co-surfactant, and then evaporated under reduced pressure at 50 degrees C. The mean diameter, polydispersity index (PdI), and zeta potential were 187 to 665 nm, 0.300 to 0.655, and -25 to -28 mV respectively, depending on the preparation method. The components, binary mixture, SLNs loaded and unloaded with PRZ, and physical mixture were evaluated by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG). The non-isothermal isoconversional Flynn-Wall-Ozawa method was used to determine the kinetic parameters associated with the thermal decomposition of the samples. The experimental data indicated a linear relationship between the apparent activation energy E and the pre-exponential factor A, also called the kinetic compensation effect (KCE), allowing us to determine the stability with respect to the preparation method. Loading with PRZ increased the thermal stability of the SLNs.

Loading of praziquantel in the crystal lattice of solid lipid nanoparticles Studies by DSC and SAXS

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

In vitro evaluation of permeation, toxicity and effect of praziquantel-loaded solid lipid nanoparticles against Schistosoma mansoni as a strategy to improve efficacy of the schistosomiasis treatment

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Validation of an HPLC Method for the Determination of Dibucaine Encapsulated in Solid Lipid Nanoparticles and Nanostructured Lipid Carriers

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Solid Lipid Nanoparticles Co-loaded with Simazine and Atrazine: Preparation, Characterization, and Evaluation of Herbicidal Activity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Polymeric and solid lipid nanoparticles for sustained release of carbendazim and tebuconazole in agricultural applications

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Preparation and characterization of chloroaluminum phthalocyanine-loaded solid lipid nanoparticles by thermal analysis and powder X-ray diffraction techniques

Solid lipid nanoparticles (SLN) without drug and SLN loaded with chloroaluminum phthalocyanine (AlClPc) were prepared by solvent diffusion method in aqueous system and characterized by thermal analyses and X-ray diffraction (XRD) in this study. Determination of particle size, zeta potential (ZP), and encapsulation efficiency were also evaluated. SLN containing AlClPc of nanometer size with high encapsulation efficiency and ZP were obtained. The results indicated that the size of SLN loaded with AlClPc is larger than that of the inert particle, but ZP is not changed significantly with incorporation of the drug. In differential scanning calorimetry (DSC) curves, it was observed that the melting point of stearic acid (SA) isolated and in SLN occurred at 55 and 64 degrees C, respectively, suggesting the presence of different polymorphs. DSC also shows that the crystallinity state of SLN was much less than that of SA isolated. The incorporation of drug in SLN may have been favored by this lower crystallinity degree of the samples. XRD techniques corroborated with the thermal analytic techniques, suggesting the polymorphic modifications of stearic acid.

Development of Cationic Solid Lipid Nanoparticles with Factorial Design-Based Studies for Topical Administration of Doxorubicin

Topical chemotherapy using doxorubicin, a powerful anticancer drug, can be used as an alternative with reduced systemic toxicity when treating skin cancer. The aim of the present work was to use factorial design-based studies to develop cationic solid lipid nanoparticles containing doxorubicin; further investigations into the influence of these particles on the drug's cytotoxicity and cellular uptake in B16F10 murine melanoma cells were performed. A 3(2) full factorial design was applied for two different lipid phases; one phase used stearic acid and the other used a 1:2 mixture of stearic acid and glyceryl behenate. The two factors investigated included the ratio between the lipid and the water phase and the ratio between the surfactant (poloxamer) and the co-surfactant (cetylpyridinium chloride). It was observed that the studied factors did not affect the mean diameter or the polydispersity of the obtained nanoparticles; however, they did significantly affect the zeta potential values. Optimised formulations with particle sizes ranging from 251 to 306 nm and positive zeta potentials were selected for doxorubicin incorporation. High entrapment efficiencies were achieved (97%) in formulations with higher amounts of stearic acid, suggesting that cationic charges on doxorubicin molecules may interact with the negative charges in stearic acid. Melanoma culture cell experiments showed that cationic solid lipid nanoparticles without drug were not cytotoxic to melanoma cells. The encapsulation of doxorubicin significantly increased cytotoxicity, indicating the potential of these nanoparticles for the treatment of skin cancer.

Formulation and nebulization of fluticasone propionate-loaded lipid nanocarriers.

International audience

Nanotechnology-based drug delivery systems for the treatment of Alzheimer's disease

Alzheimer's disease is a neurological disorder that results in cognitive and behavioral impairment. Conventional treatment strategies, such as acetylcholinesterase inhibitor drugs, often fail due to their poor solubility, lower bioavailability, and ineffective ability to cross the blood-brain barrier. Nanotechnological treatment methods, which involve the design, characterization, production, and application of nanoscale drug delivery systems, have been employed to optimize therapeutics. These nanotechnologies include polymeric nanoparticles, solid lipid nanoparticles, nanostructured lipid carriers, microemulsion, nanoemulsion, and liquid crystals. Each of these are promising tools for the delivery of therapeutic devices to the brain via various routes of administration, particularly the intranasal route. The objective of this study is to present a systematic review of nanotechnology-based drug delivery systems for the treatment of Alzheimer's disease.

Development of nucleic acid vaccines: use of self-amplifying RNA in lipid nanoparticles

Self-amplifying RNA or RNA replicon is a form of nucleic acid-based vaccine derived from either positive-strand or negative-strand RNA viruses. The gene sequences encoding structural proteins in these RNA viruses are replaced by mRNA encoding antigens of interest as well as by RNA polymerase for replication and transcription. This kind of vaccine has been successfully assayed with many different antigens as vaccines candidates, and has been shown to be potent in several animal species, including mice, nonhuman primates, and humans. A key challenge to realizing the broad potential of self-amplifying vaccines is the need for safe and effective delivery methods. Ideally, an RNA nanocarrier should provide protection from blood nucleases and extended blood circulation, which ultimately would increase the possibility of reaching the target tissue. The delivery system must then be internalized by the target cell and, upon receptor-mediated endocytosis, must be able to escape from the endosomal compartment into the cell cytoplasm, where the RNA machinery is located, while avoiding degradation by lysosomal enzymes. Further, delivery systems for systemic administration ought to be well tolerated upon administration. They should be safe, enabling the multiadministration treatment modalities required for improved clinical outcomes and, from a developmental point of view, production of large batches with reproducible specifications is also desirable. In this review, the concept of self-amplifying RNA vaccines and the most promising lipid-based delivery systems are discussed.

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.

Nanostructured Lipid Carriers as a Strategy to Improve the In Vitro Schistosomiasis Activity of Praziquantel

Praziquantel (PZQ) is a pyrazinoisoquinoline anthelmintic that was discovered in 1972 by Bayer Germany. Currently, due to its efficacy, PZQ is the drug of choice against all species of Schistosoma. Although widely used, PZQ exhibits low and erratic bioavailability because of its poor water solubility. Nanostructured lipid carriers (NLC), second-generation solid lipid nanoparticles, were developed in the 1990s to improve the bioavailability of poorly water soluble drugs. The aim of this study was to investigate nanostructured lipid carriers as a strategy to improve the efficacy. of PZQ in S. mansoni treatment. We prepared NLC2 and NLC4 by adding seventy percent glycerol monostearate (GMS) as the solid lipid, 30% oleic acid (OA) as the liquid lipid and two surfactant systems containing either soybean phosphatidylcholine/poloxamer (PC/P-407) or phosphatidylcholine/Tween 60 (PC/T60), respectively. The carriers were characterized by nuclear magnetic resonance, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and Fourier transform-infrared spectroscopy. The safety profile was evaluated using red cell hemolysis and in vitro cytotoxicity assays. The results showed that the encapsulation of PZQ in NLC2 or NLC4 improved the safety profile of the drug. Treatment efficacy was evaluated on the S. mansoni BH strain. PZQ-NLC2 and PZQ-NLC4 demonstrated an improved efficacy in comparison with free PZQ. The results showed that the intestinal transport of free PZQ and PZQ-NLC2 was similar. However, we observed that the concentration of PZQ absorbed was smaller when PZQ was loaded in NLC4. The difference between the amounts of absorbed PZQ could indicate that the presence of T60 in the nanoparticles (NLC4) increased the rigid lipid matrix, prolonging release of the drug. Both systems showed considerable in vitro activity against S. mansoni, suggesting that these systems may be a promising platform for the administration of PZQ for treating schistosomiasis.