Synergic interaction of chemotherapy and PDT by co-delivery of DTX and photosensitizers in nanoparticles

Le combinazioni di due o più farmaci sono sempre più frequentemente considerate come strategie utili al fine di aumentare l’efficacia e ridurre gli effetti collaterali delle terapie antitumorali. A questo scopo, la terapia fotodinamica (PDT) è stata ampiamente studiata in combinazione con la chemioterapia. In questo contesto, i progressi nel campo della nanomedicina hanno portato alla produzione di nanoveicoli che offrono l’opportunità di migliorare il controllo del rapporto di concentrazione tra i farmaci che costituisce un prerequisito per ottenere un effetto sinergico nella terapia combinata. In questa tesi di dottorato, nanoparticelle (NPs) di PLGA-PEI ricoperte di acido ialuronico (HA) e nanoparticelle di cheratina sono state utilizzate per il co-delivery a cellule tumorali in vitro del chemioterapico docetaxel (DTX) in combinazione con i fotosensibilizzanti (PSs) meso-tetrafenil clorina disulfonata (TPCS2a) o clorina e6 (Ce6). Per aumentare la selettività nei confronti del tumore, HA è stato usato nella sintesi di NPs per la sua capacità di legare il recettore CD44 sovraespresso dalle cellule tumorali. PLGA-PEI NPs co-caricate con DTX e TPCS2a in precisi rapporti di concentrazione sono state testate in cellule DTX –sensibili (HeLa, MDA-MB-231 e MCF-7) e –resistenti (HeLa-R) cresciute come monostrato cellulare e come colture 3D (sferoidi e mammosfere arricchite in cellule tumorali staminali CSCs). Nel monostrato di cellule HeLa e MDA-MB-231 il più alto sinergismo, valutato mediante il calcolo dell’indice di combinazione (CI), è stato osservato con il rapporto di concentrazione DTX/TPCS2a 1:35 co-somministrati nella stessa NP (DTX/TPCS2a-NPs). Un forte sinergismo si osserva anche in cellule DTX-resistenti nelle quali la dose del chemioterapico può essere ridotta di ~100 volte usando DTX/TPCS2a-NPs rispetto alla monoterapia. Negli sferoidi, DTX/TPCS2a-NPs 1:35 causa un forte antagonismo (CI > 1), DTX/TPCS2a-NPs 1:3 e 1:5 hanno un effetto sinergico. Il trattamento combinato con DTX e TPCS2a co-caricati nella stessa NP ha inoltre la capacità di sopprimere la formazione di sfere dovuta alla presenza di CSCs. Esperimenti eseguiti su mammosfere generate da cellule MDA-MB-231 e MCF-7 hanno mostrato risultati diversi probabilmente a causa della diversa percentuale di CSCs presente nei due modelli cellulari. Sulla base di questi risultati, abbiamo dimostrato il vantaggio dell’utilizzo di PLGA-PEI-HA NPs come veicolo per il DTX e la TPCS2a al fine di controllare in modo accurato il rapporto di concentrazione dei farmaci caricati nella NP e di veicolare il trattamento selettivamente alle cellule tumorali. La combinazione di chemioterapia e PDT è stata inoltre studiata co-caricando DTX e Ce6 in particelle di cheratina (DTX/Ce6-KNP) sintetizzate mediante il metodo di aggregazione con un rapport 1.8:1. L’effetto citotossico della combinazione rispetto ai singoli trattamenti e l’analisi del CI sono stati valutati in cellule HeLa e HeLa-R. La terapia combinata usando DTX/Ce6-KNP causa solo un lieve sinergismo in cellule DTX-sensibili, mentre in cellule chemio-resistenti si può osservare un chiaro effetto sinergico della terapia combinata. La combinazione dei farmaci liberi causa invece antagonismo. L’efficacia di DTX/Ce6-KNP è stata inoltre valutata in sferoidi di HeLa e HeLa-R nei quali sono stati osservati il maggior sinergismo e la maggiore riduzione del volume degli sferoidi trattati. In conclusione, questi risultati evidenziano che: i) il co-delivery di PSs e chemioterapici in NPs permette il controllo del rapporto di concentrazione al fine di ottenere un’interazione sinergica; ii) rapporti di concentrazione ottimali identificati in modelli tumorali 2D non mostrano un effetto sinergico in modelli 3D e pongono la questione del più affidabile modello in vitro per studiare la combinazione di terapie; iii) la combinazione di chemioterapia e PDT appare particolarmente utile per il trattamento di tumori farmaco-resistenti.