Nanopartículas Responsivas a Gelatinase Amplificam Direcionamento por MRI de Carcinoma Escamoso Oral com Omniscan

Resumo

Projetamos nanopartículas (NPs) responsivas a gelatinase carregadas com agente de contraste MRI clinicamente aprovado Omniscan (Omn) via técnica de dupla emulsão. Os resultantes Omn-NPs exibiram tamanho uniforme (~120 nm), alta eficiência de encapsulamento (~45%) e permaneceram estáveis por pelo menos seis dias. In vitro, colagenase IV desencadeou desmontagem rápida dos NPs e liberação de Omn. Em modelo xenoenxerto de carcinoma escamoso oral humano (OSCC), Omn-NPs produziram razão tumor-fundo (TBR) de 2,23 ± 0,10 a 30 min, superando Omn livre (1,48 ± 0,01 a 5 min) e estendendo persistência de contraste a 180 min. Estes resultados demonstram que Omn-NPs oferecem especificidade superior e circulação prolongada, ressaltando seu potencial como agentes de contraste MRI de próxima geração direcionados a tumor.

Introdução

Carcinoma escamoso oral (OSCC) é a malignidade mais prevalente da região oral e maxilofacial. Imageamento precoce e preciso é crucial para planejamento cirúrgico individualizado e prognóstico melhorado. MRI, livre de radiação ionizante, fornece contraste de tecido mole de alta resolução e é modalidade de escolha para cânceres de cabeça e pescoço. Contudo, quelatos de gadolínio (Gd) atuais carecem especificidade tumoral; seu pequeno tamanho leva a depuração renal rápida e retenção tumoral limitada.

Plataformas de nanopartículas (NPs) — particularmente baseadas em polímeros aprovados pelo FDA como metoxi-poli(etilenoglicol) (mPEG) e poli(ε-caprolactona) (PCL) — surgiram como carreadores promissores para agentes de imageamento. Sua casca hidrofílica prolonga circulação via efeito de permeabilidade e retenção aumentada (EPR), enquanto núcleos biodegradáveis minimizam toxicidade de longo prazo. Em trabalho prévio, incorporamos peptídeo clivável por gelatinase (PVGLIG) entre mPEG e PCL, permitindo liberação específica de tumor de cargas na presença de metaloproteinases de matriz (MMP-2/9). Aqui, estendemos esta estratégia para carregar Omn, criando sistema de contraste MRI direcionado a tumor que aproveita tanto EPR quanto ativação enzimática.

Materiais e Métodos

Materiais

mPEG-NHS (Mn 5000), peptídeo PVGLIG, Omniscan e colagenase IV foram obtidos de fornecedores comerciais. Todos reagentes foram usados como recebidos.

Síntese de NPs Responsivas a Gelatinase Carregadas com Omn

Copolímeros mPEG-Pep-PCL foram preparados por copolimerização de abertura de anel. Omn-NPs foram fabricados por método de evaporação de solvente de dupla emulsão (w/o/w): 10 mg copolímero dissolvido em 1 mL diclorometano; 0,1–0,3 mL Omn adicionado, seguido por sonicação em 3 mL 3% PVA para formar emulsão primária, então emulsão secundária em 5 mL 0,5% PVA. Evaporação de solvente e filtração renderam produto final. NPs em branco e Con-Omn-NPs não cliváveis (mPEG-PCL) foram preparados identicamente sem peptídeo ou Omn, respectivamente.

Caracterização

Espalhamento dinâmico de luz (DLS) avaliou tamanho e índice de polidispersidade (PDI) por 6 dias. Microscopia eletrônica de transmissão (MET) examinou morfologia. Carga de fármaco e eficiência de encapsulamento quantificadas por ICP-AES após digestão em ácido nítrico. Estabilidade monitorada à temperatura ambiente.

Resposta Enzimática

Omn-NPs e Con-Omn-NPs incubados com solução Hank contendo 0,34 mg mL⁻¹ colagenase IV a 37 °C por 24 h. Transparência macroscópica e imagem MET avaliaram desmontagem dos NPs.

Captação Celular In Vitro

Células OSCC HSC3 incubadas com NPs mPEG-Pep-PCL carregadas com cumarina-6 (12,5 µg mL⁻¹). Após 0,5 e 1 h, células fixadas, lavadas, e imageadas por microscopia confocal para avaliar internalização dos NPs.

Estudos em Animais

Todos procedimentos cumpriram diretrizes NIH e foram aprovados pelo Comitê de Ética do Hospital Estomatológico de Nanjing. Camundongos BALB/c fêmeas nu (5–6 semanas) inoculados subcutaneamente com 1 × 10⁶ células HSC3. Tumores atingiram ~0,4–0,5 cm antes de imageamento.

MRI In Vivo

Camundongos receberam injeção única intravenosa de Omn-NPs ou Omn livre (0,025 mmol kg⁻¹ Gd³⁺). Scanner Bruker 7,0 T adquiriu imagens T1-ponderadas no baseline e 5–180 min pós-injeção. Razões tumor-fundo quantificadas de varreduras de intensidade de sinal.

IHQ para MMP-2/9

Pós-imageamento, tecidos tumorais e de órgãos maiores fixados, incluídos em parafina, seccionados, e corados para MMP-2 e MMP-9. Escore semi-quantitativo (−, +, ++) avaliou expressão enzimática.

Análise Estatística

Dados apresentados como média ± DP. Teste t de Student determinou significância (p < 0,05).

Resultados e Discussão

Caracterização dos NPs

DLS revelou Omn-NPs com diâmetro médio 118 ± 8 nm e baixo PDI (0,12 ± 0,03), indicando distribuição de tamanho estreita. NPs em branco foram maiores (≈145 nm) e exibiram PDI maior. Imagens MET confirmaram morfologia esférica e núcleos escuros internos correspondentes a Omn encapsulado.

Carga de Fármaco

Eficiência de encapsulamento pico em 45% com 0,1 mL Omn, enquanto 0,3 mL rendeu maior carga (~60%) mas menor eficiência (~30%). Formulação 0,1 mL escolhida para estudos in vivo para balancear carga e eficiência.

Desmontagem Enzimática

Na presença de colagenase IV, Omn-NPs tornaram-se turvos e MET mostrou fragmentação, confirmando clivagem do peptídeo e desmontagem dos NPs. Con-Omn-NPs permaneceram intactos, ressaltando especificidade do design responsivo a gelatinase.

Captação Celular

Imagens confocais exibiram forte fluorescência verde no citoplasma HSC3 após 1 h, indicando internalização eficiente dos NPs via endocitose.

Desempenho MRI In Vivo

Omn-NPs produziram TBR máximo de 2,23 ± 0,10 a 30 min, enquanto Omn livre pico em 1,48 ± 0,01 a 5 min. Contraste persistiu por 180 min com Omn-NPs comparado a 30 min para Omn livre, refletindo retenção tumoral prolongada e depuração renal reduzida. Análise estatística confirmou melhorias significativas (p < 0,05).

Expressão MMP-2/9

IHQ demonstrou coloração forte (++), ligada à matriz extracelular, de MMP-2/9 em tecido tumoral, enquanto órgãos normais exibiram expressão insignificante (−). Isto valida gatilho enzimático tumor-específico.

Conclusões

Fabricamos com sucesso NPs responsivas a gelatinase carregadas com Omniscan que aumentam contraste tumoral MRI em modelos OSCC. O sistema oferece contraste tumor-fundo superior, retenção estendida e acúmulo off-target mínimo. Sua composição de PEG biocompatível, PCL biodegradável e Omn clinicamente aprovado posiciona-o para potencial translacional rápido. Trabalhos futuros focarão em otimizar eficiência de carga e explorar co-entrega de carga terapêutica.

Disponibilidade de Dados e Materiais

Dados suportando estes achados estão disponíveis do autor correspondente mediante solicitação.

Abreviações

NPs

Nanopartículas

Omn

Omniscan

OSCC

Carcinoma escamoso oral

MMP

Metaloproteinase de matriz

Gd

Gadolínio

mPEG

Metoxi-poli(etilenoglicol)

PCL

Poli(ε-caprolactona)

Pep

Peptídeo

Omn-NPs

NPs mPEG-Pep-PCL carregadas com Omniscan

Con-Omn-NPs

NPs mPEG-PCL carregadas com Omniscan

MRI

Ressonância magnética

EPR

Permeabilidade e retenção aumentadas

DCM

Diclorometano

PVA

Álcool polivinílico

DLS

Espalhamento dinâmico de luz

PDI

Índice de polidispersidade

MET

Microscópio eletrônico de transmissão

ICP-AES

Espectrometria de emissão atômica por plasma indutivamente acoplado

DMEM

Meio modificado de Eagle de Dulbecco

FBS

Soro bovino fetal

IHQ

Imuno-histoquímica

PBS

Salina tamponada com fosfato