Vehiculization of drugs with antiproliferative activity in protein nanoparticles as an alternative to pegylation to increase their circulation time in blood

Abstract

Nanoparticles are colloidal vehiculization systems that are increasingly used by the scientific community to achieve the transport of drugs towards specific targets, improving their bioavailability, blood circulation and cell internalization. In particular, PEGylation of nanoparticles is a method in which nanoparticles are coated with polyethylene-glycol, achieving better efficiency in drug administration and increasing blood circulation time, but also reducing immunogenicity. Among the different alternatives to PEGylation, it is remarkable the use of albumin for the synthesis/coating of nanoparticles since, apart from improving the tumour accumulation of the transporters by means of the enhanced permeability retention effect, the incorporation of this protein results in the inhibition of the non–specific adsorption of plasma proteins, decreasing opsonization processes. In this work, albumin-based nanoparticles have been synthesized by the desolvation method, using glutaraldehyde as crosslinker. These nanoparticles presented an average size of 131.55±2.62nm, a low polydispersity index ranged between 0.043-0.085 and a negative surface charge ranged between -30 and - 48 mV. The particles were loaded with colchicine as a model cytotoxic drug that acts by binding to tubulin that prevent mitotic division, achieving encapsulation efficiencies between 50-60%. Moreover, the colchicine-loaded nanoparticles were tested in HeLa and SW1573 cancer cells lines, performing clonogenic and antiproliferative assays. As conclusion, colchicine alone is more active than incorporated into nanoparticles, where it had a cytostatic activity. Thus, a concentration of 5 nM of colchicine is needed to inhibit growth by 50% and using nanoparticles a concentration of > 50 µM is required to achieve the same effect.

Las nanopartículas, que son sistemas coloidales de vehiculización, están siendo cada vez más utilizadas por los científicos para lograr el transporte de fármacos hacia dianas específicas, mejorando su biodisponibilidad, circulación sanguínea e internalización celular. La PEGilación es un método en el que las nanopartículas se recubren con polietilenglicol, mejorando la eficiencia en la administración de fármacos, aumentando su tiempo de circulación y reduciendo su inmunogenicidad. Entre las alternativas a la PEGilación, destaca el uso de albúmina en la síntesis/recubrimiento de nanopartículas que, además de mejorar su acumulación en los tumores por el efecto-de-retención-y-permeabilidadmejorada, permite la inhibición de la adsorción inespecífica de proteínas plasmáticas, lo que permite disminuir la opsonización. En este trabajo se han sintetizado nanopartículas de albúmina por el método de desolvatación, utilizando glutaraldehido como agente reticulante. Éstas presentaron un tamaño medio de 131,55±2,62nm, un índice de polidispersión estrecho de 0,043-0,085 y una carga superficial negativa entre -30 y -48mV. Las partículas se cargaron con colchicina, utilizado como fármaco modelo al poseer actividad citotóxica debida a su unión a la tubulina que evita la división mitótica, logrando eficiencias de encapsulación del 50-60%. Las nanopartículas cargadas con colchicina fueron evaluadas en líneas celulares cancerígenas (HeLa/SW1573), realizando ensayos clonogénicos/antiproliferativos que indicaron que la colchicina en solución es más activa que incluida en nanopartículas, donde mostraba actividad citostática. A pesar de que para inhibir el crecimiento celular en un 50% es necesario una concentración de 5 nM de una disolución de colchicina, en el caso de las nanopartículas cargadas, son necesarias concentraciones > 50 µM.