Multifunctional magnetic nanolipogels based on peptide hydrogels for application in combined cancer therapy

Abstract

A terapia do cancro constitui uma das principais ocupações da nanomedicina, contribuindo, assim, para o seu rápido desenvolvimento. Esta área torna possível integrar várias modalidades terapêuticas e de diagnóstico numa única plataforma com o intuito de ultrapassar o paradigma atual do tratamento oncológico. Os hidrogéis supramoleculares, em particular os hidrogéis baseados em péptidos de baixo peso molecular, têm provado ser eficazes como sistemas de entrega de fármacos, devido à sua capacidade de alterar a solubilidade, direcionamento, metabolismo e toxicidade de agentes terapêuticos. Os magnetolipossomas plasmónicos, para além de serem passíveis de controlo remoto com a aplicação de um campo magnético externo, aumentam a eficiência de libertação dos fármacos encapsulados quando termicamente estimulados, por exemplo, com hipertermia magnética e ótica. Assim, a combinação destes materiais – originando magnetolipogéis – permite reunir várias funcionalidades (entre as quais a hipertermia e a entrega de fármacos controlada a nível espacial e temporal) e, assim, otimizar a especificidade e eficácia dos agentes quimioterapêuticos utilizados atualmente. Neste trabalho, foram sintetizados dois hidrogeladores baseados em desidrodipéptidos e selecionado o mais adequado para posterior funcionalização com magnetolipossomas plasmónicos; os últimos foram preparados a partir de nanopartículas núcleo/coroa de ferrite de manganês/ouro. Após a caracterização individual dos componentes no que concerne às suas propriedades reológicas, espetroscópicas e magnéticas, o magnetolipogel foi igualmente caracterizado e avaliado quanto à sua capacidade para transportar e libertar fármacos de forma controlada. Para tal, testou-se a resposta do magnetolipogel carregado com a molécula modelo 5(6)-carboxifluoresceína a um campo magnético alternado de baixa frequência e a vários de tipos de irradiação na zona do visível e do infravermelho-próximo. Os resultados obtidos revelaram que o sistema é um bom transportador de fármacos hidrofílicos, permitindo antever a entrega de agentes terapêuticos em resposta a um campo magnético e à aplicação de luz. Estas constatações, juntamente com o potencial do gel compósito para hipertermia e direcionamento magnético, podem abrir caminho para uma nova era no tratamento do cancro e de outras patologias.

Cancer therapy is an important discipline in nanomedicine and one of the main reasons for the rapid development of this research area. This field promises the integration of multiple therapeutic and diagnostic modalities in a single platform with the aim of overcoming the current paradigm of cancer treatment. Supramolecular hydrogels, particularly low molecular weight peptide hydrogels, have been showing to be quite suitable drug delivery systems due to their ability to change solubility, targeting, metabolism and toxicity of drugs. Plasmonic magnetoliposomes, in addition to being remotely controllable with the application of an external magnetic field, also increase the efficiency of encapsulated drug release through thermal stimulation, e.g, with magnetic and optical hyperthermia. Thus, the combination of those two materials – giving magnetolipogels – brings together several functionalities, among which are hyperthermia and spatiotemporally controlled drug delivery. This allows increasing both the specificity and the efficacy of the currently used anticancer drugs. In this work, two hydrogelators based on dehydrodipeptides were synthesised and the most convenient one was selected for further functionalisation with magnetoliposomes; the latter were prepared from manganese ferrite/gold core/shell nanoparticles. After individually characterising the components with regard to their rheological, spectroscopic, and magnetic properties, the magnetolipogel was equally characterized and evaluated concerning its ability to deliver drugs in a controlled way. To this end, the response of the 5(6)-carboxyfluorescein-loaded magnetolipogel to a low-frequency alternating magnetic field and to different types of irradiation with visible-near infrared light was assessed. The results showed that the system is a proper carrier of hydrophilic drugs and allow to envisage photo- and magneto responsive drug delivery. These facts, together with the magnetic guidance and hyperthermia capabilities of the developed composite gel, may pave the way to a new era in the treatment of cancer and other diseases.