Terapia fotodinâmica mediada por nanoemulsão à base de óleo de açaí (euterpe oleracea martius) para o tratamento de melanoma in vitro e in vivo

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-graduação em Biologia Animal, 2014. O melanoma é um tipo de câncer de pele que tem origem nos melanócitos. Embora o melanoma seja responsável por apenas 4% de todos os tipos de câncer de pele, ele é o mais agressivo, uma vez que possui um alto potencial metastático, causando a morte de 80% dospacientes portadores dessa doença. Perante a necessidade de desenvolver terapias maiseficazes, estudos propõem a Terapia Fotodinâmica (TFD) como uma promissora modalidade terapêutica que utiliza três elementos essenciais: um fotossensibilizante (FS), luz em um comprimento de onda específico e oxigênio, reagindo conjuntamente para produzir espécies reativas de oxigênio que em última instância causam a morte celular das células e tecidosalvo. Considerando as propriedades terapêuticas e o potencial fotoquímico do óleo de açaí, este foi usado como fotossensibilizante. Porém, a sua natureza hidrofóbica dificulta sua aplicação biológica, portanto foi usada uma abordagem nanotecnológica para permitir seu uso no tratamento contra o câncer. No presente trabalho objetivou-se desenvolver uma nanoemulsão contendo gotículas de óleo de açaí (NanoA) como fotossensibilizante para investigar os efeitos da TFD in vitro e in vivo no tratamento do melanoma. Uma vez preparada a NanoA, foi feita a sua caracterização físico-química, fotofísica e fotoquímica. A irradiação (λ=660) do óleo de açaí livre e em nanoemulsão mostrou que ambos possuem capacidade de geração de espécies reativas de oxigênio, comprovando a sua atividade fotoquímica. A caracterização físico-química da NanoA mostrou um diâmetro hidrodinâmico médio de 117,5 nm para cada nanogotícula, índice de polidispersão de 0,144 e potencial zeta de -0,536 mV, evidenciando características desejáveis para seu uso biológico. Os espectros de absorbância e de fluorescência apontaram que a NanoA apresenta pico de absorção em 666 nm (região do vermelho) e de emissão em 670 nm. Microscopia eletrônica de transmissão mostrou gotículas com diâmetro médio de 74 nm, morfologia esférica e baixa polidispersão. Para os testes in vitro foram utilizadas duas linhagens celulares imortalizadas: NIH/3T3 (fibroblasto murino não tumoral) e B16F10 (melanoma murino). Em ensaios de citotoxicidade sem irradiação, utilizaram-se diversas concentrações da NanoA, com vários tempos de exposição, com o objetivo de identificar as condições que inibem 10% da viabilidade (CC10) de células não tumorais, mostrando uma CC10 equivalente a 617,00 μg/mL pelo tempo de exposição de 15 minutos. Citotoxicidade sem irradiação, avaliada por ensaio colorimétrico de MTT, foi tempo e dose dependente. Para testar os efeitos da TFD, as células foram expostas à NanoA na concentração de 617,00 μg/mL por 15 minutos e irradiadas com as fluências de 12,9 J/cm2, 25,9 J/cm2 e 51,8 J/cm2. Resultados mostraram que as células tumorais tratadas com NanoA na concentração de 617,00 μg/mL e irradiadas com fluência de 25,9 J/cm2 apresentaram as menores porcentagens de viabilidade (15%), enquanto que as células não tumorais sob as mesmas condições mantiveram uma viabilidade de 70%. Análises de citometria de fluxo determinaram que a maioria das células que perderam a sua viabilidade devido ao tratamento com TFD mostraram dupla marcação, com anexina V e iodeto de propídeo, indicando possível morte por apoptose tardia/necrose, dado corroborado pela externalização da fosfatidilserina e pelas mudanças de tamanho e granulosidade observadas. Experimentos in vivo em camundongos C57BL/6 mostraram que a TFD aplicada cinco vezes com concentração de NanoA de 50 mg/mL e fluência de 25,9 J/cm2 teve redução do volume tumoral dos animais equivalente a 82%, mostrando grandes áreas de necrose no tecido tumoral, quando comparado com o volume tumoral e histopatologia dos animais do grupo controle com tumor. Diante do exposto, o óleo de açaí contido na NanoA apresentou características fotofísicas, fotoquímicas e físico-químicas favoráveis para o seu uso como FS para a TFD com aplicação em sistemas biológicos. O tratamento com TFD in vitro mostrou uma redução de 85% na viabilidade celular das células de melanoma, enquanto manteve uma alta viabilidade (70%) das células normais, e no caso de camundongos com tumor tratados com TFD foi observada uma redução de 82% no volumen tumoral, mostrando a eficácia in vivo do tratamento investigado. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT Melanoma is a type of skin cancer that originates in the melanocytes. Even though melanoma accounts for only 4% of all dermatologic cancers, it remains responsible for 80% of deaths from skin cancer due to its high metastatic potential. Regarding this, there is the need to develop new and more efficient types of therapies. Photodynamic Therapy (PDT) is a promising new cancer treatment that makes use of three essential elements: photosensitizer (PS), light of a particular wavelength, and oxygen, which react ultimately causing cell death. Considering the therapeutic properties and photochemical potential already described in other studies, açaí oil was explored as a PS for PDT. However, high hydrophobicity characteristic of açaí oil difficults its efficient biological application. For this reason, nanotechnological solutions were explored, incorporating açaí oil in nanoemulsions (NanoA) to be used along with PDT for in vitro and in vivo melanoma treatment. Once the NanoA was formulated, we proceeded to its physicochemical, photophysical and photochemical characterization. Free and nano-incorporated açaí oil were irradiated (λ=660) showing their capacity to generate singlet oxygen, proving their photochemical activity. NanoA physicochemical characterization showed an average hydrodynamic diameter of 117.5 nm, polydispersity index of 0.144 and zeta potential of -0.536 mV, exhibiting desirable characteristics for its biological application. Absorbance and fluorescence spectra showed absorbance peak at 666 nm (red region of spectrum) and emission at 670 nm. Transmission electron microscopy showed spherical and similar sized nanodroplets (average diameter of 74 nm), confirming low polydispersity. In vitro tests were performed using two immortalized cell lines: NIH/3T3 (normal murine fibroblast) and B16F10 (murine melanoma). Dark cytotoxicity studies used several NanoA concentrations with different exposition times in order to determine the concentration that kills only 10% (CC10) of normal cells. Results revealed CC10 equivalent to 617 μg/mL when exposed for 15 minutes. Cytotoxity in the dark evaluated by colorimetric MTT assay was a time and concentration dependent event. In order to test PDT in vitro, cells were exposed to NanoA in the concentration of 617 μg/mL for 15 minutes and then irradiated with fluence values of 12.9 J/cm2, 25.9 J/cm2 and 51.8 J/cm2. MTT results revealed that melanoma cells treated with 617 μg/mL and irradiated with 25.9 J/cm2 presented viability results of 15%, while normal cells treated under the same conditions mantained a 70% viability. Flow cytometry results showed that most cells that lost their viability due to PDT treatment were double marked by annexin V and propidium iodide, event that occurs when cells die by late apoptosis/necrosis. This was evidenced by externalization of phosphatidylserine and morphological changes in cell size and granulosity as seen by light scatter flow cytometry. In vivo experiments with C57BL/6 mice showed that tumor bearing animals treated five times by PDT with NanoA concentration of 50 mg/mL and fluence of 25.9 J/cm2 showed a tumor volume reduction of 82% with considerable number of necrotic areas in tumor tissue, in comparison to animals in control group. Overall, açaí oil in NanoA presented favorable photophysical, photochemical, and physico-chemical, characteristics for its use as PS for PDT with application in biological systems. PDT treatment with NanoA in melanoma cells showed an 85% cell viability reduction, while maintaining normal cell viability high (70%), and an 82% tumor volume reduction in tumor bearing mice treated with PDT, proving the in vivo efficacy of the investigated treatment.