Avanços na utilização de nanocarreadores no tratamento e no diagnóstico de câncer

Avanços na utilização de nanocarreadores no tratamento e no diagnóstico de câncer

Autores:

Débora Braga Vieira,
Lionel Fernel Gamarra

ARTIGO ORIGINAL

Einstein (São Paulo)

versão impressa ISSN 1679-4508versão On-line ISSN 2317-6385

Einstein (São Paulo) vol.14 no.1 São Paulo jan./mar. 2016

http://dx.doi.org/10.1590/S1679-45082016RB3475

INTRODUÇÃO

Apesar de as drogas quimioterápicas serem tóxicas contra células cancerosas, apresentam baixa especificidade e elevada toxicidade, sendo tóxicas para células saudáveis. Isso acontece porque os fármacos, em geral, são moléculas pequenas o suficiente para atravessarem o endotélio em quase todas as regiões do organismo após administrados sistematicamente, chegando tanto às regiões alvo quanto a outras regiões que não estão relacionadas à doença, originando muito dos efeitos adversos dos medicamentos. Uma possível estratégia, que visa melhorar a eficácia terapêutica dos quimioterápicos e diminuir seus efeitos adversos, consiste na utilização de sistemas coloidais nanoparticulados. Uma vez que estes fármacos encontram-se encapsulados dentro de nanopartículas de 50 a 800nm, eles não são capazes de atravessar a parede dos vasos de regiões sadias do organismo (o espaço entre essas células é de apenas 15 a 30nm), ao contrário do que acontece em regiões inflamadas ou mesmo aquelas onde estão os tumores, nas quais células endoteliais estão menos unidas entre si que aquelas de regiões sadias, resultando num acúmulo de nanopartículas no tecido tumoral vizinho ao vaso sanguíneo1-3(Figura 1A). Esta estratégia de vetorização é conhecida como efeito Enhanced Permeability and Retection (EPR).4

EPR: enhanced permeability and retection; PEG: polietileno glicol.

Figura 1 Nanocarreadores no tratamento de câncer. (A) Nanocarreadores podem acumular no tumor por um mecanismo passivo, conhecido como efeito Enhanced Permeability and Retection, devido à permeabilidade vascular aumentada na região tumoral. Adicionalmente, o mecanismo ativo também aumenta a captação de nanopartículas pelas células tumorais. Esse mecanismo consiste na modificação da superfície dos nanocarreadores com moléculas que podem ser reconhecidas especificamente por receptores proteicos presentes na superfície da membrana celular. (B) Exemplos de nanocarreadores, ligantes de superfícies e agentes terapêuticos utilizados para diagnóstico ou terapia de câncer 

Além disso, a superfície das nanopartículas pode ser facilmente alterada, de modo a direcionar o nanocarreador especificamente para células cancerosas, com mecanismo de ação baseado nas moléculas expressas na superfície celular do tumor, resultando num direcionamento ativo dessas partículas (Figura 1A). Moléculas como anticorpos, peptídeos e aptâmeros de RNA, dentre outras (Figura 1B) são as bastantes utilizadas para esse fim.5 Ainda, a utilização dessas nanoestruturas apresenta outras inúmeras vantagens em relação à administração da droga livre, e algumas destas vantagens são: (i) proteção do fármaco contra a degradação no organismo; (ii) melhor absorção da droga no tecido tumoral; e (iii) alteração da farmacocinética de drogas, dentre outras.

Hoje existem várias nanopartículas aprovadas pelo US Food and Drug Administration (FDA)6-14 (Figura 2), que se acumulam em tumores sólidos por conta do efeito EPR.2,3Dentre essas, destaca-se a formulação lipossomal de doxorrubicina, a Doxil®, que foi um dos primeiros medicamentos baseados em nanotecnologia aprovados pelo FDA.6 Outro exemplo de produto no mercado é o Abraxane®, no qual o quimioterápico paclitaxel encontra-se eficientemente associado à nanopartícula de albumina. Esta formulação foi aprovada pelo FDA, em 2005, para o tratamento de câncer de mama e para câncer de pâncreas, em 2013.11-14 Outros exemplos desses medicamentos nanoestruturados para tratamento ou diagnóstico de câncer estão mostrados na linha do tempo da figura 2.

FDA: Food and Drug Administration.

Figura 2 Linha do tempo com alguns exemplos de nanopartículas de acordo com a data de aprovação clínica pelo Food and Drug Administration.(6-14) Doxil® é uma formulação lipossomal de doxorrubicina; Feridex® consiste em nanopartículas superparamagnéticas de ferro associadas à dextrana; DaunoXome® é uma formulação lipossomal de daunorrubicina; Mylotarg® se trata de moléculas de gentuzumabe ozogamicina ligada à um anticorpo monoclonal; Zevalin® consiste em um anticorpo monoclonal IgG1 de camundongo com o quelante tiuxetan associado ao isótopo radioativo ítrio-90; Abraxane® apresenta paclitaxel ligado à albumina; Oncaspar® é a versão modificada da enzima L-asparaginase; e Ontak® consiste em proteína fusionada chamada denileukin diftitox 

Existem muitos estudos epidemiológicos e testes pré-clínicos presentes na literatura, que revelam um grande potencial de novos fármacos, sejam sintéticos ou de fontes naturais, no combate ao câncer (Tabela 1). Essas novas macromoléculas incluem peptídeos, proteínas, oligonucleotídeos, plasmídeos e, mais recentemente, inibidores de expressão específica de genes por silenciamento de RNA de interferência3,15-17 (Figura 1B). Porém, apesar do grande avanço na ciência e na tecnologia envolvida na obtenção de novos fármacos, têm-se observado, no cenário mundial de medicamentos, que companhias farmacêuticas pioneiras têm deixado de comercializar novos fármacos sintéticos para produzirem produtos genéricos, conforme suas patentes expiram, já que o desenvolvimento de novos fármacos está relacionado aos altos custos, principalmente em rotas sintéticas.3 Este cenário cria a necessidade de apresentar agentes quimioterápicos clássicos sob novas formas, que podem ser um novo sistemas de entrega ou o desenvolvimento de uma nova utilização para as drogas clássicas existentes, como é o caso da cloroquina e seus análogos, que são utilizadas para tratamento de malária e, agora, estão sendo testadas no tratamento de diversos tipos de câncer.18

Tabela 1 Algumas nanopartículas terapêuticas que se encontram em ensaio clínico 

Fase Nanodroga Tipo de câncer Pacientes (n) Início Fim País Número de identificação do estudo
IV Doxorrubicina lipossomal peguilada (Doxil®) Ovário 58 Novembro de 2004 Janeiro 2008 Rússia NCT00727961
I/II Gemzar® misturado com injeção de Glycyrrhizin Pâncreas 60 (estimado) Maio de 2015 Em andamento Estados Unidos NCT02449135
II Ciclodextrina contendo camptotecina Pulmão (recorrente) 156 (estimado) Fevereiro de 2013 Em andamento Estados Unidos NCT01803269
- Ciclodextrina contendo camptotecina Estômago, gastresofágico ou esofágico (metastático) 10 Junho de 2012 Junho 2015 Estados Unidos NCT01612546
IV Micelas poliméricas contendo paclitaxel Mama (recorrente) 90 (estimado) Maio de 2009 Em andamento Coreia do Sul NCT00912639
II Nanopartículas de óxido de magnésio Mama 288 Setembro de 2011 Agosto 2013 Estados Unidos NCT01439945
II PEG-Irinotecan (NKTR 102) Pulmão 38 (estimado) Agosto de 2013 Em andamento Estados Unidos NCT01876446
I/II Nanopartículas lipídicas contendo siRNA Fígado 72 (estimado) Dezembro de 2014 Em andamento Estados Unidos NCT02314052
II Vacina de copolímeros em bloco contendo peptídeo Melanoma 48 Março de 1998 Novembro 2002 Estados Unidos NCT00003274

PEG: polietileno glicol.

O objetivo desta revisão foi discutir alguns avanços científicos relacionados ao uso de nanopartículas no diagnóstico e/ou tratamento de câncer. Para isso, bases eletrônicas, como PubMed e Web of Science, foram consultadas, usando as palavras-chave “nano”ANDcancer”, ou combinada com a palavra “FDA approved” no texto inteiro. A busca se limitou a artigos escritos em inglês. No caso dos artigos de revisão citados aqui, a escolha foi baseada no número de citações e/ou ano de publicação.

Nanomedicina em câncer: o estado da arte

Um dos objetivos básicos da Nanomedicina é entregar o fármaco de forma específica e eficiente ao local da doença. Em geral, isso pode ser conseguido por diferentes vias de administração, como oral, nasal, transdérmica, endovenosa, entre outras. Em muitos casos, entretanto, a eficácia da droga pode ser melhorada, e os efeitos colaterais, reduzidos, encapsulando-o ou associando-o a algum tipo de nanopartículas. As principais nanopartículas descritas na literatura são de óxido de ferro, ouro, poliméricas, lipossomos, micelas, fulerenos, nanotubos de carbono, grafeno, dendrímeros, quantum dots, nanodiamantes, dentre outras. Alguns exemplos destes nanocarreadores estão ilustrados na figura 1B.2,3,19,20 A seguir, são descritas as principais nanopartículas estudadas para o carreamento e a liberação controlada de droga, bem como um breve relato de seu estágio atual de desenvolvimento clínico.

As nanopartículas poliméricas são as partículas mais estudadas para o carreamento de diversos tipos de moléculas terapêuticas, devido à sua excelente biocompatibilidade e biodegradabilidade, além de serem não tóxicas e não imunogênicas. Trata-se de uma classe diversa de nanocarreadores, porque, dependendo do polímero que as constitui e da carga em sua superfície, elas terão propriedades diferentes. Diversos polímeros sintéticos, incluindo poli (ácido lático), poli (ácido lático-co-glicólico) ou polietilenoimina, ou naturais, como quitosana, colágeno, gelatina ou albumina, são utilizados para a produção de nanopartículas poliméricas.21,22Um dos primeiros relatos da utilização de nanopartículas poliméricas para o tratamento de câncer foi em 1979 quando Couvreur et al. desenvolveram um método simples para a produção de nanopartículas de poli (alquil-cianoacrilato).23 Desde então, nanopartículas desse polímero são intensivamente estudadas para o carreamento e a liberação de diversas drogas anticancerígenas.24Esse trabalho contribuiu definitivamente para o desenvolvimento de nanopartículas de doxorrubicina, atualmente em fase de estudo clínico III.25 Além disso, nanopartículas de albumina (Abraxane®) já são aprovadas pelo FDA para veiculação de quimioterápicos para o tratamento de diversos tipos de cânceres.11,14

Os carreadores anfifílicos também possuem propriedades biológicas atrativas, como biocompatibilidade, biodegradabilidade e isolamento de drogas do meio circundante, e a capacidade de carrear tanto drogas hidrofílicas quanto hidrofóbicas. Lipossomos, vesículas poliméricas e micelas pertencem à classe de carreadores anfifílicos (Figura 1B). A formação de lipossomos resulta da autoassociação de moléculas lipídicas em solução aquosa, e nada mais são do que bicamadas fechadas que delimitam um compartimento aquoso interno. Os lipossomos foram os primeiros nanocarreadores aprovados pelas agências reguladoras para carrear uma série de quimioterápicos.26,27 Como já descrito aqui, a primeira formulação lipossomal a ser introduzida no mercado foi a Doxil®, em 1995,6 para o tratamento do sarcoma de Kaposi associado à AIDS. Outras formulações lipossomais para tratamento do câncer estão também no mercado, como o DaunoXome®.7

As vesículas poliméricas, também conhecidas como polimersomos, possuem uma arquitetura semelhante à dos lipossomos, pois são constituídas de polímeros anfifílicos sintéticos, estrutura similar à dos lipídeos.28 No entanto, não foi encontrado nenhum artigo na literatura que descrevesse estudos clínicos para este tipo de estrutura. Já as micelas são agregados moleculares que possuem ambas as regiões estruturais hidrofílica e hidrofóbica, que, dinamicamente e espontaneamente, associam-se em solução aquosa a partir de certa concentração crítica. As micelas têm sido utilizadas com sucesso como transportadores de drogas hidrofóbicas.29 Por exemplo, Genexol-PM foi aprovada pelo FDA para tratamento de câncer de mama.30

Ainda existe uma série de tecnologias envolvidas no desenvolvimento de um nanocarreador, tanto em sua química, como sua física e sua biologia. Por exemplo, vetores que superam barreiras biológicas, alvos para câncer, liberação para o cérebro, combinação do potencial de alvos com anticorpos com tecnologia e nanopartículas. No entanto, apesar de diversos esforços direcionados na área de nanocarreadores, a escolha do nanocarreador mais adequado não é óbvia, pois vários fatores podem simultaneamente afetar a biodistribuição e o alvo dos nanocarreadores. Semelhantemente às estratégias de combinação de quimioterápicos, que podem ser personalizadas para otimizar o tratamento contra o câncer, os oncologistas, em um futuro próximo, devem contar com combinações específicas de nanocarreadores e moléculas alvo, que, certamente contribuiriam na melhora dos resultados terapêuticos e nos custos reduzidos, representando uma modalidade importante na terapêutica e de diagnóstico de câncer.

REFERÊNCIAS

1. Khawar IA, Kim JH, Kuh HJ. Improving drug delivery to solid tumors: priming the tumor microenvironment. J Control Release. 2015;201:78-89. Review.
2. Peer D, Karp JM, Hong S, Farokhzad OC, Margalit R, Langer R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nat Nanotechnol. 2007;2(12):751-60. Review.
3. Allen TM, Cullis PR. Drug delivery systems: entering the mainstream. Science. 2004;303(5665):1818-22.
4. Matsumura Y, Maeda H. A new concept for macromolecular therapeutics in cancer- chemotherapy: mechanism of tumoritropic accumulation of proteins and the antitumor agent smancs. Cancer Res. 1986;46(12 Pt 1):6387-92.
5. Pérez-Herrero E, Fernández-Medarde A. Advanced targeted therapies in cancer: drug nanocarriers, the future of chemotherapy. Eur J Pharm Biopharm. 2015;93:52-79. Review.
6. Northfelt DW, Martin FJ, Working P, Volberding PA, Russell J, Newman M, et al. Doxorubicin encapsulated in liposomes containing surface-found polyethylene glycol: pharmacokinetics, tumor localization, and safety in patients with AIDS-related Kaposi’s sarcoma. J Clin Pharmacol. 1996;36(1):55-63.
7. Presant CA, Scolaro M, Kennedy P, Blayney DW, Flanagan B, Lisak J, et al. Liposomal daunorubicin treatment of HIV-associated Kaposi’s sarcoma. Lancet. 1993;341(8855):1242-3.
8. Reimer P, Tombach B. Hepatic MRI with SPIO: detection and characterization of focal liver lesions. Eur Radiol. 1998;8(7):1198-204. Review.
9. Bross PF, Beitz J, Chen G, Chen XH, Duffy E, Kieffer L, et al. Approval summary: gemtuzumab ozogamicin in relapsed acute myeloid leukemia. Clin Cancer Res. 2001;7(6):1490-6. Erratum in: Clin Cancer Res. 2002;8(1):300.
10. Theuer CP, Leigh BR, Multani PS, Allen RS, Liang BC. Radioimmunotherapy of non-Hodgkin’s lymphoma: clinical development of the Zevalin regimen. Biotechnol Annu Rev. 2004;10:265-95. Review.
11. Gradishar WJ. Albumin-bound paclitaxel: a next-generation taxane. Expert Opin Pharmacother. 2006;7(8):1041-53. Review.
12. Dinndorf PA, Gootenberg J, Cohen MH, Keegan P, Pazdur R. FDA drug approval summary: pegaspargase (oncaspar) for the first-line treatment of children with acute lymphoblastic leukemia (ALL). Oncologist. 2007;12(8):991-8.
13. Lansigan F, Stearns DM, Foss F. Role of denileukin diftitox in the treatment of persistent or recurrent cutaneous T-cell lymphoma. Cancer Manag Res. 2010;2:53-9.
14. Saif MW. U.S. Food and Drug Administration approves paclitaxel protein-bound particles (Abraxane®) in combination with gemcitabine as first-line treatment of patients with metastatic pancreatic cancer. JOP. 2013;14(6):686-8.
15. Whitehead KA, Langer R, Anderson DG. Knocking down barriers: advances in siRNA delivery. Nat Rev Drug Discov. 2009;8(2):129-38. Review. Erratum in: Nat Rev Drug Discov. 2009;8(6):516.
16. Zhan C, Li C, Wei X, Lu W, Lu W. Toxins and derivatives in molecular pharmaceutics: drug delivery and targeted therapy. Adv Drug Deliv Rev. 2015;90:101-18. Review.
17. Dobrovolskaia MA, McNeil SE. Strategy for selecting nanotechnology carriers to overcome immunological and hematological toxicities challenging clinical translation of nucleic acid-based therapeutics. Expert Opin Drug Deliv. 2015; 12(7):1163-75.
18. Solomon VR, Lee H. Chloroquine and its analogs: a new promise of an old drug for effective and safe cancer therapies. Eur J Pharmac. 2009;625(1-3): 220-33. Review.
19. Coelho SC, Pereira MC, Juzeniene A, Juzenas P, Coelho MA. Supramolecular nanoscale assemblies for cancer diagnosis and therapy. J Control Release. 2015;213:152-167. Review.
20. Gharpure KM, Wu SY, Li C, Lopez-Berestein G, Sood AK. Nanotechnology: future of oncotherapy. Clin Cancer Res. 2015;21(14):3121-30. Review.
21. Duncan R. Polymer conjugates as anticancer nanomedicines. Nat Rev Cancer. 2006;6(9):688-701. Review.
22. Kaur S, Prasad C, Balakrishnan B, Banerjee R. Trigger responsive polymeric nanocarriers for cancer therapy. Biomater Sci. 2015;3(7):955-87.
23. Couvreur P, Kante B, Lenaerts V, Scailteur V, Roland M, Speiser P. Tissue distribution of anti-tumor drugs associated with polyalkylcyanoacrylate nanoparticles. J Pharm Sci. 1980;69(2):199-202.
24. Couvreur P, Kante B, Grislain L, Roland M, Speiser P. Toxicity of polyalkylcyanoacrylate nanoparticles II: Doxorubicin-loaded nanoparticles. J Pharm Sci. 1982;71(7):790-2.
25. Le Droumaguet B, Nicolas J, Brambilla D, Mura S, Maksimenko A, De Kimpe L, et al. Versatile and efficient targeting using a single nanoparticulate platform: application to cancer and Alzheimer’s disease. ACS Nano. 2012; 6(7):5866-79.
26. Gabizon AA. Stealth liposomes and tumor targeting: one step further in the quest for the magic bullet. Clin Cancer Res. 2001;7(2):223-5.
27. Safra T, Muggia F, Jeffers S, Tsao-Wei DD, Groshen S, Lyass O, et al. Pegylated liposomal doxorubicin (doxil): reduced clinical cardiotoxicity in patients reaching or exceeding cumulative doses of 500 mg/m2. Ann Oncol. 2000;11(8):1029-33.
28. Tanner P, Baumann P, Enea R, Onaca O, Palivan C, Meier W. Polymeric vesicles: from drug carriers to nanoreactors and artificial organelles. Acc Chem Res. 2011;44(10):1039-49. Review.
29. Jhaveri AM, Torchilin VP. Multifunctional polymeric micelles for delivery of drugs and siRNA. Front Pharmacol. 2014;5(77):1-26.
30. Oerlemans C, Bult W, Bos M, Storm G, Nijsen JF, Hennink WE. Polymeric micelles in anticancer therapy: targeting, imaging and triggered release. Pharm Res. 2010;27(12):2569-89. Review.
Política de Privacidade © Copyright, Todos os direitos reservados.