Introduzione L'applicazione delle nanotecnologie in medicina è chiamata nanomedicina. Questo settore è motivo di interesse da parte di molti ricercatori dovuto agli importanti avanzamenti avvenuti negli ultimi decenni, in particolare nel trattamento del cancro. In oncologia la nanomedicina è stata applicata in diversi settori quali la costruzione di nuovi sistemi di veicolazione del farmaco e nano dispositivi per la diagnosi. L'applicazione delle nanotecnologie alle scienze farmaceutiche ha permesso di costruire sistemi basati su almeno due vettori (farmaco/nanomateriali). Le nuove formulazioni spesso mostrano un miglioramento del profilo di farmacocinetica (PK), la biodisponibilità e biodistribuzione dimostrando una migliorata permeabilità e ritenzione passiva nel tumore (EPR effect) diminuendo gli effetti collaterali del farmaco libero. Tra i nanovettori naturali, gli esosomi (exo) sono stati descritti nel 1981 come nanovescicole extracellulari con una gamma di dimensioni da 50-200 nm. Gli esosomi sono prodotti dall invaginazione dalla conseguente gemmazione della membrana cellulare consentendo il caricamento di acidi nucleici e di componenti citoplasmatiche rappresentando formidabile mezzo naturale per la comunicazione a lunga distanza. Il nome "fedexosome" denota l'idea generale che exosomes potevano consegnare contenuti che adeguatamente ingegnerizzato potrebbe essere di aiuto per la terapia di pazienti. Scopo • Sviluppare esosomi caricati con doxorubicina (DOX) • Verificare l'effetto citotossico dell'exoDOX exosomal doxorubincin in vitro rispetto al farmaco libero (DOX), utilizzando modelli cellulari. • Testare l'attività antitumorale e la tossicità dell'exoDOX rispetto alla DOX libera in modelli sperimentali in vivo. • Valutare la biodistribuzione nei tessuti e la farmacocinetica (PK) dell'exoDOX rispetto al DOX in modelli sperimentali in vivo. • Definire la dose massima tollerata (MTD) dell' exoDOX e DOX in modelli sperimentali in vivo. Materiali e metodi Gli esosomi purificati da linee cellulari sono stati caricati con DOX e caratterizzati tramite nanoparticle tracking analysis (NTA), microscopia a scansione/ trasmissione elettronica (SEM/TEM) e western blot. Gli effetti anti-tumorali dell'exoDOX sono stati valutati in vitro in linee cellulari di tumore alla mammella (MDA-MB-231), colon (HCT-116, LoVo e DLD1) e ovaio (STOSE) e in vivo utilizzando topi nudi e FVB/N come modelli di tumore della mammella e dell'ovaio. L'effetto antitumorale è stato valutato misurando il volume del tumore. Gli effetti tossici sono stati determinati monitorando il peso corporeo e attraverso analisi istopatologiche degli organi dei topi. La biodistribuzione e la PK dell'exoDOX e DOX sono state definite mediante spettrometria di massa (LC-MS). Risultati • Studi in vitro hanno dimostrato un aumento dell'effetto citotossico (vitalità cellulare) dell'exoDOX rispetto alla DOX in tutte le linee cellulari esaminate. • Risultati simili sono stati ottenuti nei modelli in vivo e indicano differenze significative nel volume del tumore dopo aver trattato i topi con le stesse concentrazioni dell'exoDOX e DOX. • Le analisi della tossicità in vivo hanno mostrato una riduzione significativa degli effetti collaterali cardio-tossici dell'exoDOX rispetto alla DOX libera. Dalle analisi di spettrometria di massa è emerso un minore accumulo dell'exoDOX a livello del cuore di circa il 40% rispetto alla DOX libera a parità di concentrazione di farmaco attivo. • La minore tossicità cardiaca della exoDOX è dovuta ad un ridotto passaggio della DOX attraverso le cellule endoteliali del miocardio. Pertanto, come dimostrato in tumori alla mammella e all'ovaio, l'efficacia terapeutica della DOX può essere ottimizzata trattando i topi con una maggiore concentrazione dell' exoDOX. Conclusioni A differenza di quanto riportato in letteratura circa l'efficacia della doxorubicina incapsulata negli esosomi, dal nostro studio, pubblicato nel 2015 nella rivista Nanomedicine, emerge che: - la tossicità della DOX veicolata dagli esosomi è minore rispetto al farmaco libero; -la biodistribuzione della DOX veicolata dagli esosomi è diversa da quella del farmaco libero. In conclusione, lo studio effettuato dimostra che l'exoDOX è più biocompatibile ed efficace della DOX libera in modelli di tumore alla mammella. Inoltre, come da noi pubblicato di recente sulla rivista Nanomedicine, tale risultato è stato confermato con studi su un modello singenico di carcinoma ovarico sieroso, aprendo così la strada ad un nuovo approccio terapeutico per il cancro all'ovaio.
Exosomal Doxorubicin and the Treatment of Breast and Ovarian Cancers
HADLA, MOHAMAD
2017
Abstract
Introduzione L'applicazione delle nanotecnologie in medicina è chiamata nanomedicina. Questo settore è motivo di interesse da parte di molti ricercatori dovuto agli importanti avanzamenti avvenuti negli ultimi decenni, in particolare nel trattamento del cancro. In oncologia la nanomedicina è stata applicata in diversi settori quali la costruzione di nuovi sistemi di veicolazione del farmaco e nano dispositivi per la diagnosi. L'applicazione delle nanotecnologie alle scienze farmaceutiche ha permesso di costruire sistemi basati su almeno due vettori (farmaco/nanomateriali). Le nuove formulazioni spesso mostrano un miglioramento del profilo di farmacocinetica (PK), la biodisponibilità e biodistribuzione dimostrando una migliorata permeabilità e ritenzione passiva nel tumore (EPR effect) diminuendo gli effetti collaterali del farmaco libero. Tra i nanovettori naturali, gli esosomi (exo) sono stati descritti nel 1981 come nanovescicole extracellulari con una gamma di dimensioni da 50-200 nm. Gli esosomi sono prodotti dall invaginazione dalla conseguente gemmazione della membrana cellulare consentendo il caricamento di acidi nucleici e di componenti citoplasmatiche rappresentando formidabile mezzo naturale per la comunicazione a lunga distanza. Il nome "fedexosome" denota l'idea generale che exosomes potevano consegnare contenuti che adeguatamente ingegnerizzato potrebbe essere di aiuto per la terapia di pazienti. Scopo • Sviluppare esosomi caricati con doxorubicina (DOX) • Verificare l'effetto citotossico dell'exoDOX exosomal doxorubincin in vitro rispetto al farmaco libero (DOX), utilizzando modelli cellulari. • Testare l'attività antitumorale e la tossicità dell'exoDOX rispetto alla DOX libera in modelli sperimentali in vivo. • Valutare la biodistribuzione nei tessuti e la farmacocinetica (PK) dell'exoDOX rispetto al DOX in modelli sperimentali in vivo. • Definire la dose massima tollerata (MTD) dell' exoDOX e DOX in modelli sperimentali in vivo. Materiali e metodi Gli esosomi purificati da linee cellulari sono stati caricati con DOX e caratterizzati tramite nanoparticle tracking analysis (NTA), microscopia a scansione/ trasmissione elettronica (SEM/TEM) e western blot. Gli effetti anti-tumorali dell'exoDOX sono stati valutati in vitro in linee cellulari di tumore alla mammella (MDA-MB-231), colon (HCT-116, LoVo e DLD1) e ovaio (STOSE) e in vivo utilizzando topi nudi e FVB/N come modelli di tumore della mammella e dell'ovaio. L'effetto antitumorale è stato valutato misurando il volume del tumore. Gli effetti tossici sono stati determinati monitorando il peso corporeo e attraverso analisi istopatologiche degli organi dei topi. La biodistribuzione e la PK dell'exoDOX e DOX sono state definite mediante spettrometria di massa (LC-MS). Risultati • Studi in vitro hanno dimostrato un aumento dell'effetto citotossico (vitalità cellulare) dell'exoDOX rispetto alla DOX in tutte le linee cellulari esaminate. • Risultati simili sono stati ottenuti nei modelli in vivo e indicano differenze significative nel volume del tumore dopo aver trattato i topi con le stesse concentrazioni dell'exoDOX e DOX. • Le analisi della tossicità in vivo hanno mostrato una riduzione significativa degli effetti collaterali cardio-tossici dell'exoDOX rispetto alla DOX libera. Dalle analisi di spettrometria di massa è emerso un minore accumulo dell'exoDOX a livello del cuore di circa il 40% rispetto alla DOX libera a parità di concentrazione di farmaco attivo. • La minore tossicità cardiaca della exoDOX è dovuta ad un ridotto passaggio della DOX attraverso le cellule endoteliali del miocardio. Pertanto, come dimostrato in tumori alla mammella e all'ovaio, l'efficacia terapeutica della DOX può essere ottimizzata trattando i topi con una maggiore concentrazione dell' exoDOX. Conclusioni A differenza di quanto riportato in letteratura circa l'efficacia della doxorubicina incapsulata negli esosomi, dal nostro studio, pubblicato nel 2015 nella rivista Nanomedicine, emerge che: - la tossicità della DOX veicolata dagli esosomi è minore rispetto al farmaco libero; -la biodistribuzione della DOX veicolata dagli esosomi è diversa da quella del farmaco libero. In conclusione, lo studio effettuato dimostra che l'exoDOX è più biocompatibile ed efficace della DOX libera in modelli di tumore alla mammella. Inoltre, come da noi pubblicato di recente sulla rivista Nanomedicine, tale risultato è stato confermato con studi su un modello singenico di carcinoma ovarico sieroso, aprendo così la strada ad un nuovo approccio terapeutico per il cancro all'ovaio.File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14242/110053
URN:NBN:IT:UNIPD-110053