Development of novel and multifunctional polymeric nanoparticles for brain targeted drug delivery

Abstract

Controlled release systems have become an innovative technique to treat diseases like cancer by the targeted delivery to individual cells and tissues. There is an urgent need to achieve efficacious and safe delivery with minimal nonspecific uptake by healthy tissues. Among the polymer-based nanoparticulate systems for drug delivery, nanoparticles (NPs) have represented a promising opportunity as delivery system due to their degradation in water-soluble compounds that enter the normal metabolic pathways of the organism and their capacity to modify pharmacokinetics and the drug tissue distribution profile.

An engineered and versatile targeted nano-platform for the delivery of paclitaxel (PTX) across the blood brain barrier (BBB) with the aim to improve its therapeutic effect on human glioma cells has been developed. A novel biodegradable polymer has been synthetized and custom tailored NPs have been obtained. The method allows to modify the targeted drug delivery for efficiently transport and release of active drug molecule across the BBB. Aiming a dual targeting strategy, functionalization with ligands known to be efficiently transported across BBB by a membrane receptor that also is over-expressed on human glioma cells has been employed to shuttle PTX from blood to brain and then target glioma cells. In vivo properties of the NPs have been explored to assess their biological profile and since the pressing need for careful evaluation, new strategies for NPs radiolabeling with the aim to investigate their in vivo fate, specifically stability in biological environments (stealthiness), biodistribution and pharmacokinetic, have been adopted.

Los sistemas de liberación controlada de medicamentos, mediante la administración dirigida individualmente a células y tejidos, se han convertido en una técnica innovadora para tratar enfermedades como el cáncer. Existe una necesidad urgente para lograr una liberación eficaz y segura que incluya una mínima absorción no específica para los tejidos sanos. Entre los sistemas nanopartículados a base de polímeros para la administración de fármacos, las nanopartículas (NPs) han representado una oportunidad prometedora como sistema de suministro. Entre sus ventajas se puede destacar su perfil de degradación en compuestos hidrosolubles y no tóxicos, que se eliminan siguiendo las vías metabólicas normales del organismo. Por otro lado, presentan una elevada capacidad de modificar la farmacocinética y el perfil de distribución del medicamento en los tejidos. En esta tesis se ha desarrollado una nano-plataforma específica y versátil para la liberación de paclitaxel (PTX) a través de la barrera hematoencefálica (BHE) con el objetivo de mejorar su efecto terapéutico sobre las células de glioma humano. Se ha sintetizado un nuevo polímero biodegradable gracias al cual se han obtenido NPs personalizadas a medida. El método permite modificar el tipo administración dirigida de los fármacos para conseguir un transporte y una liberación de las moléculas de principio activo eficiente y segura. Se ha desarrollado el objetivo de seguir una estrategia de selección dual que consiste en transportar el PTX desde la sangre hasta el cerebro y luego dirigirse a las células de glioma. Para ello se ha empleado la funcionalización con marcadores capaces de atravesar eficientemente la BHE a través de un receptor de membrana que también está sobre-expresado en las células de glioma humano. Para evaluar el perfil biológico de las NPs se han explorado sus propiedades in vivo y dada la urgente necesidad de una evaluación fiable, se han adoptado nuevas estrategias para radiomarcar NPs con el objetivo de investigar su destino in vivo, la estabilidad en entornos biológicos, la biodistribución y la farmacocinética.

Els sistemes d'alliberament controlat de medicaments, mitjançant l'administració dirigida individualment a cèl•lules i teixits, s'han convertit en una tècnica innovadora per tractar malalties com el càncer. Hi ha una necessitat urgent per aconseguir un alliberament eficaç i segura que inclogui una mínima absorció no específica per als teixits sans. Entre els sistemes nanoparticulats a base de polímers per a l'administració de fàrmacs, les nanopartícules (NPs) han representat una oportunitat prometedora com a sistema de subministrament. Entre els seus avantatges es pot destacar el seu perfil de degradació en en compostos hidrosolubles i no tòxics, que s'eliminen seguint les vies metabòliques normals de l'organisme. D'altra banda, presenten una elevada capacitat de modificar la farmacocinètica i el perfil de distribució del medicament en els teixits.

En aquesta tesi s'ha desenvolupat una nano‐plataforma específica i versàtil per a l'alliberament de paclitaxel (PTX) a través de la barrera hematoencefàlica (BHE) amb l'objectiu de millorar el seu efecte terapèutic sobre les cèl•lules de glioma humà.

S'ha sintetitzat un nou polímer biodegradable gràcies al qual s'han obtingut NPs personalitzades a mida. El mètode permet modificar el tipus administració dirigida dels fàrmacs per aconseguir un transport i un alliberament de les molècules de principi actiu eficient i segura. S'ha desenvolupat l'objectiu de seguir una estratègia de selecció dual que consisteix a transportar el PTX des de la sang fins al cervell i després dirigir‐se a les cèl•lules de glioma. Per a això s'ha emprat la funcionalització amb marcadors capaços de travessar eficientment la BHE a través d'un receptor de membrana que també està sobre-expressat en les cèl•lules de glioma humà. Per avaluar el perfil biològic de les NPs s'han explorat les seves propietats in vivo i donada la urgent necessitat d'una avaluació fiable, s'han adoptat noves estratègies per radiomarcar NPs amb l'objectiu d'investigar la seva destinació in vivo, l'estabilitat en entorns biològics, la biodistribució i la farmacocinètica.