Nanotecnologia e estresse oxidativo no câncer de colo de útero : dos mecanismos celulares ao desenvolvimento de nanopartícula

Abstract

Resumo: O câncer é um grupo de doenças caracterizadas pelo crescimento descontrolado de células anormais, que podem afetar diversos órgãos e tecidos pelo corpo humano, invadir estruturas adjacentes e causar metástase. Uma em cada seis mortes no mundo é causada por essa enfermidade. Entre as mulheres, o câncer do colo do útero é o quarto tipo mais comum, afetando principalmente a população de países de baixa e média renda. Dados estatísticos mais recentes, de 2022, indicam que 660.000 mulheres foram diagnosticadas com câncer do colo do útero, acometendo fatalmente metade desta população. A infecção pelo papilomavírus humano (HPV), sexualmente transmissível, é o responsável por cerca de 99% dos casos. Apesar dos esforços em prevenção, detecção precoce e vacinação, a falta de acesso à informação e a sistemas de saúde pública eficazes ainda fazem o câncer do colo do útero um grave problema de saúde pública. A doença é classificada em estágios (I a IV), e o tratamento adequado depende do grau de progressão. No estágio I, a cirurgia é a principal abordagem, enquanto nos estágios II a IV, combinações de quimioterapia, radioterapia e imunoterapia são geralmente indicados. Embora quimioterápicos já sejam utilizados clinicamente no tratamento do câncer de colo de útero, frequentemente apresentam efeitos adversos indesejados, como toxicidade a tecidos sadios e mal estar geral. Estes fármacos apresentam distintos mecanismos de ação, como a indução do estresse oxidativo por meio do aumento de espécies reativas de oxigênio (EROs), que danificam biomoléculas essenciais à sobrevivência celular, incluindo lipídios de membrana e DNA, além de disfunção mitocondrial e morte celular. Com o objetivo de mitigar os efeitos nocivos à células saudáveis, diversos estudos vêm investigando estratégias alternativas, como a combinação com novos fármacos e a incorporação a nanopartículas, visando melhorar a solubilidade, estabilidade, entrega seletiva ao tumor, tempo de circulação e biodisponibilidade dos medicamentos. Diferentes tipos de nanopartículas podem ser produzidas de acordo com o objetivo final de aplicação. Neste contexto, faz-se necessário o estudo de novos fármacos e nanopartículas capazes de encapsular e promover a entrega direcionada ao câncer do colo do útero, cuja atenção ainda é inferior à dedicada a outros tipos de câncer, especialmente pela população que acomete. Inicialmente, o presente estudo realizou uma revisão da literatura dos últimos 10 anos, promovendo uma visão ampla sobre nanotecnologias emergentes aplicadas ao câncer do colo do útero, capazes de induzir o estresse oxidativo e inviabilizar células tumorais. Estudos mostram que diferentes nanopartículas foram produzidas (inorgânicas, orgânicas a híbridas) e testadas em linhagens de câncer do colo do útero, sendo capazes de induzir a produção exacerbada de EROs, podendo inibir o sistema antioxidante endógeno, resultando em lipoperoxidação, danos ao DNA, disfunção mitocondrial e morte celular predominantemente por apoptose. Todavia, ainda são necessários mais estudos para garantir a translação dos achados in vitro para aplicações in vivo. Em seguida, uma nova substância foi sintetizada, denominada éster fenetílico do ácido protocatecuíco (EFAP) e a sua atividade anticâncer foi avaliada pela primeira vez, de forma isolada e combinada ao paclitaxel (PTX), quimioterápico amplamente utilizado. Ambos se demonstraram eficazes, induzindo a morte de células HeLa. As concentrações inibitórias de 50% da viabilidade celular (CI50) encontrados foram 29 ?M para EFAP e 133 ?M para PTX, utilizados para os experimentos seguintes individualmente, e também no tratamento em combinação (PTX+PAPE). Todos os tratamentos induziram alterações morfológicas nas células, reduzindo significativamente sua capacidade de proliferação e migração, além de terem promovido o estresse oxidativo, principalmente na combinação entre PTX+EFAP. A produção intracelular de EROs aumentou, enquanto reduziu a atividade de enzimas antioxidantes catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD), além de diminuir os níveis de glutationa reduzida (GSH). Observou-se também indução de lipoperoxidação, danos mitocondriais como extravasamento de conteúdo, hiperpolarização de membrana e aumento da produção de ATP, além de condensação do DNA e formação de corpos apoptóticos, comprovando a ocorrência de apoptose através da externalização da fosfatidilserina. Além disso, PTX+EFAP promoveu parada do ciclo celular na fase S, reforçando o mecanismo apoptótico. A toxicidade do tratamento também foi avaliada em fibroblastos L929, revelando que PTX+EFAP foi aproximadamente duas vezes mais tóxico para células tumorais (63% de inviabilização) do que para células normais (23% de inviabilização), evidenciando sua seletividade. No geral, os resultados indicam que a combinação entre PTX+PAPE pode ser uma alternativa promissora para o tratamento do câncer do colo do útero, sendo que a incorporação em nanopartículas surge como estratégia adicional para minimizar a toxicidade sobre células saudáveis. Assim, nanopartículas poliméricas foram sintetizadas a partir de ácido hialurônico (HA) e ?-policaprolatona (PCL), por meio de uma reação inovadora de click chemistry. A molécula final, denominada HA-b-PCL3k, foi caracterizada por ressonância magnética nuclear (RMN) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). As nanopartículas foram então preparadas por solubilização em solventes adequados sob agitação vigorosa, apresentando tamanho médio de 93 nm, índice de polidispersão de 0,191 e potencial zeta de -23 mV. Imagens de Cryo-TEM revelaram a formação de polimerossomos, estrutura esférica com bicamada lipídica. Apesar dos resultados promissores, são necessárias adicionais caracterizações e testes para a incorporação de fármacos anticâncer, validando seu uso biológico.

Abstract: Cancer is a group of diseases characterized by the uncontrolled growth of abnormal cells, which can affect various organs and tissues in the human body, invade adjacent structures, and cause metastasis. One in every six deaths worldwide is attributed to this disease. Among women, cervical cancer is the fourth most common type, predominantly affecting populations in low- and middle-income countries. The most recent statistical data, from 2022, indicate that 660,000 women were diagnosed with cervical cancer, fatally affecting half of this population. The infection with human papillomavirus (HPV), sexually transmitted, is responsible for approximately 99% of cases. Despite preventive efforts, early detection, and vaccination, the lack of access to information and effective public health systems still make cervical cancer a major public health concern. The disease is classified into stages (I to IV), and the appropriate treatment depends on the degree of progression. In stage I, surgery is the primary approach, whereas in stages II to IV, combinations of chemotherapy, radiotherapy, and immunotherapy are generally recommended. Although chemotherapeutic agents are already used clinically to treat cervical cancer, they often exhibit undesirable side effects, including toxicity to healthy tissues and general malaise. These drugs act through different mechanisms of action, such as the induction of oxidative stress via increased production of reactive oxygen species (ROS), which damage essential biomolecules for cell survival, including membrane lipids and DNA, as well as causing mitochondrial dysfunction and cell death. In order to mitigate the harmful effects on healthy cells, several studies have investigated alternative strategies, such as the combination with novel drugs and encapsulation into nanoparticles, aiming to improve solubility, stability, selective tumor delivery, circulation time, and bioavailability. Different types of nanoparticles can be produced in accordance with the final goal. In this context, the study of new drugs and nanoparticles capable of encapsulating and delivering agents directly to cervical cancer cells is necessary, considering the relatively lower attention compared to other cancer types, especially due to the population it affects. Initially, the present study conducted a literature review from the past ten years, providing a comprehensive overview of emerging nanotechnologies applied to cervical cancer capable of inducing oxidative stress and impairing tumor cell viability. Studies showed that different types of nanoparticles (inorganic, organic, and hybrid) were developed and tested on cervical cancer cell lines, able to induce exacerbated ROS production and inhibit the endogenous antioxidant system, resulting in lipoperoxidation, DNA damage, mitochondrial dysfunction, and cell death predominantly through apoptosis. However, further studies are still needed to ensure the translation of in vitro findings into in vivo applications. Subsequently, a novel molecule was synthesized, named protocatechuic acid phenethyl ester (PAPE), and its anticancer activity was evaluated for the first time, both alone and in combination with paclitaxel (PTX), a widely used chemotherapeutic agent. Both were effectively inducing HeLa cell death. The half-maximal inhibitory concentrations (IC??) were 29 ?M for PAPE and 133 ?M for PTX, used for the further experiments individually and in combination. All treatments induced morphological alterations in cells, significantly reducing their proliferation and migration capability, while also promoting oxidative stress, especially in the PTX+PAPE combination. Intracellular ROS production increased, whereas the activities of the antioxidant enzymes catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) decreased, along with decreased levels of reduced glutathione (GSH). Lipoperoxidation was also observed, as well as mitochondrial damage including content leakage, membrane hyperpolarization, and increased ATP production, DNA condensation and the formation of apoptotic bodies, confirming apoptosis via phosphatidylserine externalization. Furthermore, PTX+PAPE promoted cell cycle arrest in the S phase, reinforcing the apoptotic mechanism. Treatment toxicity was also evaluated in L929 fibroblasts, revealing that PTX+PAPE was approximately two times as toxic to cancer cells (63% inhibition) compared to normal cells (23% inhibition), evidencing its selectivity. Overall, the results indicate that the combination of PTX+PAPE may be a promising alternative for cervical cancer treatment, with nanoparticle incorporation emerging as an additional strategy to minimize toxicity to healthy cells. In this sense, polymeric nanoparticles were synthesized from hyaluronic acid (HA) and ?-polycaprolactone (PCL) using an innovative click chemistry reaction. The final molecule, named HA-b-PCL3k, was characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR). Nanoparticles were then prepared by solubilization in suitable solvents under vigorous stirring, presenting an average size of 93 nm, polydispersity index of 0.191, and zeta potential of -23 mV. Cryo-TEM imaging revealed the formation of polymersomes, spherical structures with a lipid bilayer. Despite the promising results, further characterization and testing are required for the incorporation of anticancer drugs, validating their biological application.