Nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro funcionalizadas com ácido oleico como sistema de entrega de paclitaxel: avaliação da citotoxicidade e hemocompatibilidade

Abstract

As nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (SPIONs) apresentam características favoráveis ao desenvolvimento de sistemas carreadores de fármacos, devido à possibilidade de funcionalização superficial e à manutenção de propriedades magnéticas. Neste trabalho, foram produzidas SPIONs pelo método de coprecipitação, posteriormente funcionalizadas com ácido oleico (AO) para incorporação do paclitaxel (PTX), fármaco antineoplásico da classe dos taxanos amplamente utilizado no tratamento do câncer de mama, com o objetivo de desenvolver um sistema nanoparticulado e avaliar sua resposta em modelo celular murino de câncer de mama e sua hemocompatibilidade. Foram avaliadas duas condições de redispersão: uma sem utilização de clorofórmio, originando SPION-1 e SPION-AO-PTX-1, e outra com utilização de clorofórmio como solvente auxiliar, originando SPION-2 e SPION-AO-PTX-2. A caracterização incluiu análises morfológicas, superficiais, térmicas e magnéticas, além da determinação da incorporação do paclitaxel. As nanopartículas apresentaram morfologia predominantemente próxima à esférica, com tamanhos médios entre 11,55 ± 3,55 nm e 15,96 ± 6,02 nm. O potencial zeta foi de +6,61 ± 1,39 mV para SPION-1 e +3,19 ± 1,11 mV para SPION-2. Após a funcionalização e incorporação do paclitaxel, os valores tornaram-se negativos, atingindo -27,33 ± 2,44 mV para SPION-AO-PTX-1 e -14,53 ± 0,83 mV para SPION-AO-PTX-2, evidenciando modificação das características superficiais e maior contribuição da repulsão eletrostática para a estabilidade das dispersões. A análise termogravimétrica indicou perda de massa total de aproximadamente 29,43%, associada à fração orgânica presente no sistema. A eficiência média de incorporação do paclitaxel foi de 26,55 ± 10,28%, correspondendo a 0,32 ± 0,12 mg de PTX por grama de SPIONs. A caracterização magnética demonstrou que o sistema SPION-AO-PTX manteve resposta ao campo magnético aplicado. Considerando que a utilização de clorofórmio não promoveu melhora evidente na redispersão e que a SPION-AO-PTX-1 apresentou maior magnitude de potencial zeta em relação à SPION-AO-PTX-2, SPION-1 e SPION-AO-PTX-1 foram selecionadas para os ensaios biológicos. A viabilidade celular foi avaliada pelo ensaio de MTT nas linhagens 4T1, de carcinoma mamário murino, e NIH/3T3, de fibroblastos murinos não tumorais. Nas células 4T1, a SPION-AO-PTX-1 apresentou redução significativamente maior da viabilidade em relação à SPION-1 nas concentrações de 25, 50 e 100 µg/mL, enquanto nas células NIH/3T3 não foram observadas diferenças significativas entre as formulações. Na avaliação da hemocompatibilidade, a SPION-1 apresentou hemólise inferior a 5% em todas as concentrações estudadas, enquanto a SPION-AO-PTX-1 permaneceu abaixo desse limite até 100 µg/mL, apresentando aumento significativo em 200 µg/mL. Entre as condições avaliadas, 100 µg/mL apresentou o comportamento biológico mais favorável, com a maior diferença significativa entre SPION-1 e SPION-AO-PTX-1 nas células 4T1, ausência de diferença significativa entre as formulações nas células NIH/3T3 e hemólise inferior a 5%. Os resultados obtidos demonstram que o sistema SPION-AO-PTX desenvolvido apresenta características favoráveis à sua potencial aplicação como nanocarreador de paclitaxel, visando ao desenvolvimento de alternativas para o tratamento do câncer de mama.

Abstract: Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) exhibit favorable characteristics for the development of drug delivery systems due to their potential for surface functionalization and preservation of magnetic properties. In this study, SPIONs were produced by the coprecipitation method and subsequently functionalized with oleic acid (OA) for paclitaxel (PTX) incorporation. PTX is an antineoplastic drug belonging to the taxane class and is widely used in breast cancer treatment. The aim was to develop a nanoparticulate system and evaluate its response in a murine breast cancer cell model and its hemocompatibility. Two redispersion conditions were evaluated: one without chloroform, yielding SPION-1 and SPION-OA-PTX 1, and another using chloroform as an auxiliary solvent, yielding SPION-2 and SPION-OA PTX-2. Characterization included morphological, surface, thermal, and magnetic analyses, as well as determination of paclitaxel incorporation. The nanoparticles exhibited predominantly near-spherical morphology, with mean sizes ranging from 11.55 ± 3.55 nm to 15.96 ± 6.02 nm. Zeta potential values were +6.61 ± 1.39 mV for SPION-1 and +3.19 ± 1.11 mV for SPION-2. After functionalization and paclitaxel incorporation, the values became negative, reaching -27.33 ± 2.44 mV for SPION-OA-PTX-1 and -14.53 ± 0.83 mV for SPION-OA-PTX-2, indicating changes in surface characteristics and a greater contribution of electrostatic repulsion to dispersion stability. Thermogravimetric analysis indicated a total mass loss of approximately 29.43%, associated with the organic fraction present in the system. The mean paclitaxel incorporation efficiency was 26.55 ± 10.28%, corresponding to 0.32 ± 0.12 mg of PTX per gram of SPIONs. Magnetic characterization demonstrated that the SPION-OA-PTX system retained its response to the applied magnetic field. Since the use of chloroform did not result in an evident improvement in redispersion and SPION-OA-PTX-1 exhibited a higher zeta potential magnitude than SPION-OA-PTX-2, SPION-1 and SPION-OA-PTX-1 were selected for the biological assays. Cell viability was evaluated by the MTT assay using 4T1 murine mammary carcinoma cells and NIH/3T3 non-tumoral murine fibroblasts. In 4T1 cells, SPION OA-PTX-1 caused a significantly greater reduction in viability than SPION-1 at 25, 50, and 100 µg/mL, whereas no significant differences between the formulations were observed in NIH/3T3 cells. In the hemocompatibility assessment, SPION-1 exhibited hemolysis below 5% at all concentrations evaluated, while SPION-OA-PTX-1 remained below this threshold up to 100 µg/mL, with a significant increase at 200 µg/mL. Among the evaluated conditions, 100 µg/mL showed the most favorable biological profile, with the largest significant difference between SPION-1 and SPION-OA-PTX-1 in 4T1 cells, no significant difference between the formulations in NIH/3T3 cells, and hemolysis below 5%. The results demonstrate that the developed SPION-OA-PTX system exhibits favorable characteristics for its potential application as a paclitaxel nanocarrier, aiming to support the development of alternative strategies for breast cancer treatment.