In vitro evaluation of the antiproliferative activity of albumin-based nanoparticles co-delivering paclitaxel prodrug and chlorin e6 for combined chemotherapy and photodynamic therapy on human cancer cell lines

In oncologia, diversi strategie terapeutiche, come la chemioterapia, l’immunoterapia, la radioterapia e la terapia fotodinamica (Photodynamic Therapy, PDT), possono essere impiegate simultaneamente al fine di incrementare l’attività antitumorale delle singole terapie. Questa tipologia di approccio terapeutico combinato può essere messa in atto utilizzando nanosistemi innovativi che permettono l’incapsulamento degli agenti terapeutici, il loro trasporto e il loro rilascio selettivo nel sito tumorale. Inoltre, i nanosistemi permettono l’implementazione di funzionalità aggiuntive che possono migliorare dell’efficacia complessiva del trattamento. Recentemente, è stato dimostrato che l’utilizzo di agenti citotossici sottoforma di pro-farmaco, in grado di attivarsi esclusivamente in risposta a uno specifico stimolo, può di incrementare ulteriormente la selettività delle terapie. Tuttavia, la maggior parte dei tumori solidi presentano un ambiente ipossico che può influire negativamente sull’efficacia della chemioterapia. In condizioni di ipossia, infatti, le cellule tumorali possono rimodellare il proprio metabolismo, riducendo la sensibilità ad agenti antitumorali che agiscono sul ciclo cellulare o interferiscono con i meccanismi associati alla replicazione. Analogamente, anche l’efficacia della PDT risulta compromessa in ambiente ipossico, poiché la generazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), fondamentali per l’azione citotossica della terapia, richiede la presenza di ossigeno molecolare. Per superare queste limitazioni, in questa tesi sono stati testati due nanosistemi per il rilascio combinato di chemioterapici e fotosensibilizzanti, progettati per incrementare l’ossigenazione delle cellule tumorali, attraverso il trasporto di ossigeno dall’esterno o la sua generazione in situ. In particolare, è stata valutata l’attività antiproliferativa di due diverse formulazioni di nanoparticelle costituite da albumina (Human Serum Albumin, HSA) come agente carrier, caricate con paclitaxel sotto forma di profarmaco (PTX2-SXS) e il fotosensibilizzante clorina e6 (Ce6), e funzionalizzate in superficie con acido folico (DSPE-PEG-FA) al fine di direzionare selettivamente le nanoparticelle verso cellule tumorali esprimenti il recettore per l’acido folico (FR). L’attività delle due formulazioni è stata valutata su due linee cellulari tumorali (OVCAR-3, SK-OV-3) con diversi livelli di espressione di FR. Le due formulazioni differivano per il tipo di agente ossigenante incorporato: • una formulazione conteneva l’enzima catalasi (Cat), con l’obiettivo di catalizzare la conversione del perossido d’idrogeno (H2O2) presente nel microambiente tumorale in ossigeno molecolare; • l’altra formulazione incorporava una combinazione di albumina funzionalizzata con ossido di manganese (mHSA), con azione simile alla catalasi, ed emoglobina (Hb), capace di trasportare l’ossigeno esogeno al microambiente tumorale. Le nanoparticelle sono state sottoposte ad una ampia caratterizzazione, valutando: a) la tossicità sia al buio sia in seguito a irradiamento con luce rossa (600-780 nm); b) l’internalizzazione cellulare; c) la localizzazione intracellulare; d) la produzione di ROS; e) i meccanismi di morte cellulare indotti; f) la citotossicità e la capacità di trasporto e rilascio di ossigeno in condizioni ipossiche.