Nanopartículas Core-Shell de Polidopamina com Cascas Poliméricas Sensíveis a Redox para Entrega Direcionada de Fármacos e Quimio-Fototerapia Sinérgica

Resumo

Fototerapia fototérmica no infravermelho próximo (NIR) oferece alta seletividade tumoral e efeitos colaterais mínimos, mas seu impacto clínico é limitado pela entrega insuficiente de calor. Relatamos uma nanopartícula core-shell que combina um núcleo de polidopamina (PDA) com uma casca de poli(ácido metacrílico) (PMAA) reticulada por dissulfeto. O núcleo PDA fornece conversão fototérmica NIR eficiente, enquanto a casca PMAA sensível a redox encapsula doxorrubicina (DOX) e a libera seletivamente no microambiente redutor e ácido de células cancerígenas. In vitro, nanopartículas PDA@PMAA carregadas com DOX mostram inibição sinérgica de células A549 quando combinadas com irradiação a laser de baixa dose, alcançando >85% de morte celular a dose total de fármaco de 5 µg mL⁻¹. Esta plataforma demonstra liberação precisa de fármaco acionada e eficácia quimio-fototérmica aprimorada.

Introdução

Fototerapia fototérmica (PTT) usa agentes absorventes de NIR para converter luz em calor; temperaturas de ablação (>55 °C) são necessárias para necrose tumoral enquanto poupam tecido normal. Polidopamina (PDA) é um polímero inspirado em mexilhões que absorve fortemente no NIR, exibe 40% de eficiência de conversão fototérmica, e é biocompatível e biodegradável. No entanto, PTT de modo único não consegue temperatura suficiente no núcleo do tumor sem danificar tecido circundante. Combinar hipertermia com quimioterapia emergiu como estratégia poderosa: calor aumenta captação de fármaco e citotoxicidade, enquanto quimioterapia mata células que sobrevivem ao aquecimento. Para realizar esta sinergia, projetamos um sistema core-shell inteligente onde o núcleo PDA fornece conversão fototérmica e a casca PMAA reticulada por dissulfeto atua como reservatório de fármaco que se degrada no ambiente redutor do tumor (concentrações de glutationa 2–10 mM vs. 20–40 µM no plasma) e pH levemente ácido.

Materiais e Métodos

Materiais

Todos reagentes eram grau analítico. Cloridrato de dopamina, cloreto de metacroilo, glutationa, ácido metacrílico (MAA), N,N'-bis(acroil)cistamina (BAC), 2,2'-azobis(isobutironitrila) (AIBN) e doxorrubicina (DOX·HCl) foram comprados de fornecedores padrão. Reagentes de cultura celular foram obtidos da Invitrogen e Sigma-Aldrich.

Caracterização

Microscopia eletrônica de transmissão (TEM) visualizou morfologia. Espalhamento dinâmico de luz (DLS) mediu tamanho hidrodinâmico e potencial ζ. Espectros UV-vis foram registrados. Espectros de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) confirmaram reticulação. Desempenho fototérmico foi avaliado irradiando dispersões aquosas (100 µg mL⁻¹) com laser de 808 nm (5 W cm⁻²) por 300 s e registrando mudanças de temperatura com termopar (±0,1 °C). Captação celular e localização foram imageadas por microscopia confocal de varredura a laser (CLSM).

Síntese de Nanopartículas PDA@PMAA

Esferas PDA foram formadas oxidando 0,5 g dopamina em 90 mL H₂O/40 mL EtOH/3 mL NH₃·H₂O a 30 °C por 24 h. A casca PMAA foi crescida via polimerização por destilação-precipitação: 100 mg MAA, 10 mg BAC, 3 mg AIBN dissolvidos em 25 mL acetonitrila, seguido por adição de 50 mg esferas PDA. A mistura foi aquecida a 100 °C, agitada por 2 h, então centrifugada e lavada. Variando a razão de massa PDA/MAA (0,5–6) ajustamos espessura da casca (120–200 nm).

Carregamento e Liberação de Fármaco

DOX (1 mg mL⁻¹, pH 8,0) foi misturado com 10 mg de PDA@PMAA-1 por 24 h, então centrifugado e lavado. Conteúdo de carregamento (LC) e eficiência de encapsulamento (EE) foram calculados por absorbância UV-vis a 480 nm. Liberação in vitro foi monitorada em tampões fosfato (pH 7,4, 5,5) com/sem 10 mM GSH a 37 °C, amostrando a cada 2 h. Bolsa de diálise (14 kDa MWCO) manteve as nanopartículas; meio de liberação foi renovado na amostragem. Porcentagem de liberação foi calculada como fármaco liberado cumulativamente dividido pelo total de fármaco carregado.

Estudos Celulares

Células de rim embrionário humano (HEK-293T) e adenocarcinoma pulmonar (A549) foram cultivadas em DMEM + 10% SFB. Captação celular de PDA@PMAA carregado com DOX foi observada após 1 h e 4 h de incubação. Citotoxicidade foi avaliada por ensaio MTT: células tratadas com DOX livre, PDA@PMAA em branco, ou PDA@PMAA carregado com DOX (10–100 µg mL⁻¹) por 24 h, com ou sem irradiação a laser 808 nm (5 W cm⁻², 300 s). Viabilidade celular foi expressa relativa a controles não tratados. Coloração vivo/morto (Calceína-AM) e CLSM confirmaram resultado terapêutico.

Resultados e Discussão

Morfologia e Propriedades Físico-químicas das Nanopartículas

Imagens de TEM revelam núcleos PDA esféricos monodispersos (~100 nm) e partículas PDA@PMAA (120–200 nm) com cascas uniformes. DLS mostra diâmetros hidrodinâmicos de 176–349 nm, indicando camada polimérica inchada em meio aquoso. Potenciais ζ mudam de –26,8 mV (PDA) para –30,2 a +33,2 mV (PDA@PMAA) conforme espessura da casca aumenta, refletindo exposição de carboxilatos. FT-IR confirma presença de bandas amida I/II (1650/1550 cm⁻¹) do BAC e alongamento C=O a 1706 cm⁻¹ do PMAA, confirmando reticulação bem-sucedida.

Desempenho Fototérmico

Espectros UV-vis mostram ampla absorção NIR para todas as amostras; PDA exibe maior absorbância a 808 nm. Experimentos de aquecimento fototérmico demonstram que dispersão PDA 100 µg mL⁻¹ eleva temperatura em 41 °C, enquanto PDA@PMAA-1 atinge 56 °C, superando limiar de 55 °C para ablação tumoral. O aumento de temperatura correlaciona inversamente com espessura da casca, confirmando que casca fina preserva eficiência fototérmica enquanto ainda permite carregamento de fármaco.

Liberação Controlada de Fármaco

Carregamento de DOX resulta em LC = 5,1% e EE = 53,7% para PDA@PMAA-1, maior que PDA sozinho (LC = 3,7%). Em tampão fisiológico (pH 7,4) a liberação é desprezível (<11% em 24 h). Em 10 mM GSH, 72,8% DOX é liberado em 24 h devido a clivagem de ligações dissulfeto. Condições ácidas (pH 5,5) com GSH desencadeiam liberação explosiva (≈87% em 24 h) conforme carboxilatos protonados colapsam a rede polimérica. Irradiação fototérmica (5 W cm⁻², 300 s) não altera perfil de liberação, indicando integridade estrutural durante aquecimento.

Eficácia Antitumoral In Vitro

Imagens confocais mostram captação celular rápida de PDA@PMAA carregado com DOX; fluorescência aparece no citoplasma em 1 h e se espalha ao núcleo em 4 h, indicando endocitose eficiente e liberação de fármaco. Células HEK-293T exibem >90% viabilidade após 24 h exposição a PDA@PMAA-1 em branco em concentrações até 100 µg mL⁻¹, confirmando biocompatibilidade. Células A549 mostram citotoxicidade dependente de dose: PDA@PMAA-1 em branco com laser reduz viabilidade a ~54% a 100 µg mL⁻¹; PDA@PMAA-1 carregado com DOX sem laser reduz viabilidade a ~38% na mesma dose de fármaco. A combinação de PDA@PMAA-1 carregado com DOX e laser reduz viabilidade a ~16% (IC₅₀ = 2 µg mL⁻¹), marcadamente melhor que qualquer modalidade sozinha (IC₅₀ = 5,6 µg mL⁻¹ para DOX livre). Coloração vivo/morto corrobora achados. Dados confirmam efeito quimio-fototérmico sinérgico, permitindo doses menores de fármaco e dano mínimo a tecido normal.

Conclusão

Projetamos uma nanopartícula de núcleo de polidopamina e casca de PMAA reticulada por dissulfeto que simultaneamente oferece conversão fototérmica NIR de alta eficiência, liberação de fármaco sensível a redox e excelente biocompatibilidade. PDA@PMAA-1 carregado com DOX alcança liberação rápida e direcionada no microambiente tumoral e, quando combinado com irradiação a laser de curta duração, resulta em morte superior de células tumorais (>85%) a baixas concentrações de fármaco. Esta plataforma multifuncional promete fortemente para tradução clínica de terapia combinada quimio-fototérmica contra câncer.