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Publication
Laponite-based nanogels for bone tissue regeneration: optimization and efficacy studies
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.86 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
Osteoporosis is the most prevalent disease of the skeletal system, currently affecting
millions of people worldwide, causing painful fractures that lead to costly treatments and often
to morbidity and loss of independence. With life expectancies gradually increasing and a growing
elder population, the incidence of the illness and cost of the treatments associated is expected
to rise in the next decades. Out of the therapies currently available, bisphosphonates are the
most prescribed, particularly alendronate, for their efficacy and their affordability. However,
these drugs are associated with complicated drug regimens and adverse side effects that often
discourage patients from correctly following the treatment, as well as low gastrointestinal
absorption and bioavailability. Hence, Laponite®-based nanogels conjugated to
bisphosphonates are here proposed as new targeted drug delivery systems to overcome the
disadvantages associated with bisphosphonates, namely increasing their bioavailability and
minimizing their side effects in the organism. The nanogels synthetized displayed high
entrapment efficiency of alendronate, with the constituting nanoparticles measuring
approximately 180 nm (hydrodynamic diameter), with polydispersity index of 0.4 and a zeta
potential of about -51 mV. That size increases drastically when the nanogels are frozen and
lyophilized, though it returns to values close to the initial ones, highlighting the nanogel’s
restructuring properties. Alendronate was successfully conjugated to FITC and used to
synthetize fluorescent-labelled nanogels to evaluate the kinetics of cellular uptake and
internalization pathways. The preliminary results indicate a maximum uptake after 24 hours of
incubation and internalization mainly through the macropinocytosis pathway. The conjugation
to the nanogels decreased alendronate’s cytotoxicity in Human Mesenchymal Stem Cells and
maintained its hemocompatibility. The osteogenic differentiation assays also revealed
promising results, with improvements in all assays with exposure to the nanogel, which were
also enhanced by the presence of Laponite®.
A osteoporose é a doença do sistema ósseo mais prevalente, afetando atualmente milhões de pessoas mundialmente, causando fraturas dolorosas que requerem tratamentos dispendiosos e, frequentemente, morbidez e perda de autonomia. Com a esperança média de vida a aumentar gradualmente e uma população cada vez mais envelhecida, prevê-se um aumento da sua incidência bem como dos custos associados aos tratamentos. Dos tratamentos atualmente disponíveis, os bisfosfonatos são os mais prescritos, especialmente o alendronato, pela sua eficácia e acessibilidade de custo. No entanto, estes medicamentos estão associados a regimes de toma complexos e efeitos secundários desagradáveis que frequentemente dissuadem os pacientes de seguirem corretamente o tratamento, além de que apresentam uma baixa absorção gastrointestinal e biodisponibilidade. Assim, nanogéis à base de Laponite®são aqui propostos como um novo sistema de entrega direcionada de bisfosfonatos para colmatar os obstáculos a eles associados, nomeadamente aumentando a biodisponibilidade e minimizando os efeitos secundários no organismo. Os nanogéis sintetizados exibiram elevadas eficiências de encapsulação de alendronato, com nanopartículas de aproximadamente 180 nm (diâmetro hidrodinâmico), com índice de polidispersão de 0.4 e carga superficial de cerca de -51 mV. Esse tamanho sofre um aumento drástico quando os nanogéis são congelados e liofilizados, no entanto retorna a valores próximos dos originais, evidenciando a sua capacidade de reestruturação. O alendronato foi também conjugado ao fluoróforo FITC com sucesso e utilizado para sintetizar nanogéis marcados com fluorescência, usados para avaliar a cinética e vias de internalização celular, com resultados preliminares indicando um máximo de uptake após 24 horas de incubação e internalização preferencial através da via macropinocitose. A conjugação aos nanogéis reduziu a citotoxicidade do alendronato em células estaminais mesenquimais humanas, mantendo a sua hemocompatibilidade. A diferenciação osteogénica revelou também resultados promissores, com melhorias em todos os ensaios com incubação com o nanogel, favorecidos também pela presença de Laponite®.
A osteoporose é a doença do sistema ósseo mais prevalente, afetando atualmente milhões de pessoas mundialmente, causando fraturas dolorosas que requerem tratamentos dispendiosos e, frequentemente, morbidez e perda de autonomia. Com a esperança média de vida a aumentar gradualmente e uma população cada vez mais envelhecida, prevê-se um aumento da sua incidência bem como dos custos associados aos tratamentos. Dos tratamentos atualmente disponíveis, os bisfosfonatos são os mais prescritos, especialmente o alendronato, pela sua eficácia e acessibilidade de custo. No entanto, estes medicamentos estão associados a regimes de toma complexos e efeitos secundários desagradáveis que frequentemente dissuadem os pacientes de seguirem corretamente o tratamento, além de que apresentam uma baixa absorção gastrointestinal e biodisponibilidade. Assim, nanogéis à base de Laponite®são aqui propostos como um novo sistema de entrega direcionada de bisfosfonatos para colmatar os obstáculos a eles associados, nomeadamente aumentando a biodisponibilidade e minimizando os efeitos secundários no organismo. Os nanogéis sintetizados exibiram elevadas eficiências de encapsulação de alendronato, com nanopartículas de aproximadamente 180 nm (diâmetro hidrodinâmico), com índice de polidispersão de 0.4 e carga superficial de cerca de -51 mV. Esse tamanho sofre um aumento drástico quando os nanogéis são congelados e liofilizados, no entanto retorna a valores próximos dos originais, evidenciando a sua capacidade de reestruturação. O alendronato foi também conjugado ao fluoróforo FITC com sucesso e utilizado para sintetizar nanogéis marcados com fluorescência, usados para avaliar a cinética e vias de internalização celular, com resultados preliminares indicando um máximo de uptake após 24 horas de incubação e internalização preferencial através da via macropinocitose. A conjugação aos nanogéis reduziu a citotoxicidade do alendronato em células estaminais mesenquimais humanas, mantendo a sua hemocompatibilidade. A diferenciação osteogénica revelou também resultados promissores, com melhorias em todos os ensaios com incubação com o nanogel, favorecidos também pela presença de Laponite®.
Description
Keywords
Osteoporose Bisfosfonatos Alendronato Laponite Nanotecnologia Osteoporosis Bisphosphonates Alendronate Nanotechnology Applied Biochemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia