Moreira, André FerreiraCorreia, Ilídio Joaquim SobreiraFernandes, Natanael Filipe FerreiraBorges, Soraia dos Santos2024-01-052023-11-142023-10-09http://hdl.handle.net/10400.6/13883Cancer constitutes a major public health issue and is the second cause of death worldwide. Currently, conventional treatments like radiation and chemotherapy encounter serious drawbacks and cannot, often, provide satisfactory outcomes, mainly due to the limited therapeutic efficacy and considerable side effects. Given these limitations, the development of new and more effective cancer treatments, such as immunotherapy, gene therapy, and hyperthermia, has attracted much attention from the scientific and medical communities. Hyperthermia is a promising approach to improve cancer treatment, and its combination with nanotechnology has been explored to create more specific and effective therapeutic modalities, such as photothermal therapy (PTT). The PTT mediated by nanoparticles leverages the capacity of certain nanomaterials to convert light into heat, creating a localized temperature increase. This event can then be harnessed for therapeutic purposes by inducing the death of cancer cells or increasing their sensitivity to other therapeutic agents. Gold nanoparticles are one of many types of nanomaterials that can be explored to mediate a photothermal effect. Moreover, the gold nanoparticles can also be tailored for drug delivery and act as contrast agents in the conventionally used imaging techniques. Nevertheless, the innate therapeutic potential of gold nanoparticles is hindered by their high reactivity towards thiol groups and photodegradation events. The work plan of my Master’s dissertation aimed to develop and optimize the synthesis of PLGA/Gold nanocapsules with the capacity to act as photothermal agents and drug carriers in cancer therapy. The PLGA poly(lactic-co-glycolic acid) was selected due to its versatility and well-known biological compatibility, which have led to the approval of several PLGA-based drug delivery systems and medical devices for clinical application by the regulatory authorities. The production of the PLGA/Gold nanocapsules was achieved via a double emulsion methodology (water-in-oil-in-water (W/O/W) emulsion), where gold nanospheres with 19 nm were added to the first water phase. During this work, three different formulations were tested, formulation A (following a normal methodology for producing PLGA nanocapsules), formulation B (higher volume of the first water phase, i.e., higher amount of gold nanospheres), and formulation C (higher volume of the oil phase). All formulations presented a size of ˜350 nm and a negative surface charge (i.e., -24.9, -19.9, and –11.7 mV for formulations A, B, and C, respectively). Moreover, upon NIR laser irradiation, the PLGA/Gold nanocapsules mediated an increase in the temperature of 11.7ºC (Formulation A), 9.3ºC (Formulation B), and 10.2ºC (Formulation C). This photothermal capacity was further confirmed by Scanning Electron Microscopy (SEM) microscopy with the destruction of the polymeric nanocapsules. Additionally, the preliminary results for the Encapsulation Efficiency (E.E.) show that only ˜50% AO is encapsulated in the PLGA/Gold nanocapsules, demonstrating the capacity to act as a drug carrier. In turn, preliminary cell studies showed that all the formulations are biocompatible both with healthy (fibroblasts) and carcinogenic (cervical cancer) cells, even at concentrations of 400 µg/mL. Furthermore, assays performed in the HeLa cells showed that the combination of the photothermal effect and AO delivery results in an antitumoral effect, reducing the viability of HeLa cells to less than 60%. In summary, the present findings confirm the potential of these PLGA/Gold nanocapsules for being applied in cancer therapy. Nevertheless, in the future, the therapeutic potential of PLGA/Gold nanocapsules will also be evaluated in more complex in vitro models, namely on tumor spheroids, characterizing both the uptake and the cytotoxic capacity. Moreover, according to the data obtained from these assays, the reengineering of the PLGA/Gold nanocapsules can also be considered namely the optimization of the photothermal effect and drug encapsulation efficiency.O cancro é um dos principais problemas de saúde pública e é a segunda causa de morte a nível mundial. Atualmente, os tratamentos convencionais, como a radioterapia e a quimioterapia, apresentam várias desvantagens e na maior parte dos casos não proporcionam resultados satisfatórios, principalmente devido à sua baixa eficácia terapêutica e aos efeitos secundários severos que têm associados. Tendo em conta estas limitações, o desenvolvimento de novos tratamentos mais eficazes, como a imunoterapia, a terapia genética e a hipertermia, tem atraído a atenção das comunidades científica e médica. A hipertermia é uma abordagem promissora para melhorar o tratamento do cancro, e a sua combinação com a nanotecnologia tem sido explorada para criar modalidades terapêuticas mais específicas e eficazes, como a terapia fototérmica (PTT). A PTT mediada por nanopartículas aproveita a capacidade de certos nanomateriais para converter a luz em calor, produzindo um aumento de temperatura localizado. Este evento pode então ser aproveitado para fins terapêuticos, induzindo a morte de células cancerígenas ou aumentando a sua sensibilidade a outros agentes terapêuticos. As nanopartículas de ouro são um dos muitos tipos de nanomateriais que têm sido explorados para mediar um efeito fototérmico. Além disso, as nanopartículas de ouro podem também ser adaptadas para a administração de medicamentos e atuar como agentes de contraste nas técnicas de imagiologia convencionalmente utilizadas. No entanto, o potencial terapêutico inato das nanopartículas de ouro é dificultado pela sua elevada reatividade com grupos tiol e à sua fotodegradação. Esta dissertação teve como objetivo desenvolver e otimizar a síntese de nanocápsulas de PLGA/ouro com a capacidade de atuar como agentes fototérmicos e transportadores de fármacos para aplicação na terapia do cancro. O poli(ácido lático-co-ácido glicólico) (PLGA) foi selecionado devido à sua versatilidade e conhecida compatibilidade biológica, que levou à aprovação de vários sistemas de libertação de fármacos e dispositivos médicos baseados em PLGA para aplicação clínica, pelas autoridades reguladoras. A produção das nanocápsulas de PLGA/ouro foi conseguida através de uma metodologia de emulsão dupla (emulsão água-em-óleo-em-água (W/O/W)), onde nanoesferas de ouro com 19 nm foram adicionadas à primeira fase aquosa. Durante este trabalho, foram testadas três formulações diferentes, a formulação A (seguindo uma metodologia normal para a produção de nanocápsulas de PLGA), a formulação B (maior volume da primeira fase aquosa, ou seja, maior quantidade de nanoesferas de ouro) e a formulação C (maior volume da fase oleosa). Todas as formulações apresentaram um tamanho de ˜350 nm e uma carga superficial negativa (-24,9, -19,9 e -11,7 mV para a formulação A, B e C, respetivamente). Além disso, após a irradiação com laser NIR, as nanocápsulas de PLGA/ouro provocaram um aumento da temperatura de 11,7ºC (Formulação A), 9,3ºC (Formulação B) e 10,2ºC (Formulação C). Esta capacidade fototérmica foi ainda confirmada por microscopia eletrónica de varrimento, observando-se a destruição das nanocápsulas poliméricas. Além disso, os resultados preliminares para a Eficiência de Encapsulação (E.E.) mostram que apenas ˜50% da Acridine Orange (AO) é encapsulado nas nanocápsulas de PLGA/ouro, demonstrando a capacidade de atuar como um transportador de fármacos. Por sua vez, estudos celulares preliminares mostraram que todas as formulações são biocompatíveis tanto para células saudáveis (fibroblastos) como para células cancerígenas (cancro do colo do útero), mesmo quando concentrações de 400 µg/mL são usadas. Além disso, os ensaios efectuados nas células HeLa mostraram que a combinação do efeito fototérmico e da administração de laranja de acridina resulta num efeito antitumoral, reduzindo a viabilidade das células HeLa para menos de 60%. Em resumo, os resultados obtidos confirmam o potencial das nanocápsulas de PLGA/ouro para serem aplicadas na terapia do cancro. No entanto, no futuro, o potencial terapêutico das nanocápsulas de PLGA/ouro será também avaliado em modelos in vitro mais complexos, nomeadamente em esferóides tumorais, caracterizando tanto a internalização como a sua capacidade citotóxica. Além disso, de acordo com os dados obtidos nestes ensaios, a alteração das nanocápsulas de PLGA/Ouro pode também ser considerada, nomeadamente a otimização do efeito fototérmico e da eficiência de encapsulamento do fármaco.engCancroNanocápsulasNanopartículas de OuroPlgaTerapia Fototérmicamaster thesis203441559