Optimization of lipid nanoparticle properties

Abstract

Photodynamic therapy has emerged as an important therapeutic option for the treatment of localized cancers. Although the development of new photosensitizers, such as porphyrins and porphyrins derivatives, brought important improvements to this field, the clinical use of photodynamic therapy is still restricted due to various issues. One of the most important problems to overcome in photodynamic therapy is drug delivery. Research for new delivery methods, formulations and targeting strategies have been conducted, and nanoparticles represent emerging photosensitizer carriers. In particular, solid lipid nanoparticles and nanostructured lipid carriers have been little exploited for incorporation of photosensitizers, but have proven their advantages such as low toxicity, good in vivo tolerance, and high drug loading. To achieve a formulation with the desired properties, it is important to assess how the system is influenced by several factors. Experimental design has been applied in this field with success. Thus, the aim of this work was the optimization of nanoparticle properties (SLN and NLC) applying experimental design in order to achieve a system capable of incorporation of photosensitizers. The optimization process leaned on the formulation composition. Several factors were evaluated, such as lipid concentration, emulsifier concentration, the absence or present of a liquid lipid, and the liquid:solid lipid ratio, and different components were also studied, in order to achieve a formulation with small particle size and adequate stability. After, various porphyrins were selected for incorporation on the optimized system to confirm its application.

A terapia fotodinâmica tem emergido como uma opção terapêutica importante no tratamento de cancros localizados. Apesar do desenvolvimento de novos fotossensibilizantes, como por exemplo as porfirinas e derivados de porfirinas, possibilitar uma melhoria considerável nesta área, a aplicação clínica da terapia fotodinâmica é ainda limitada devido a várias questões. Um dos problemas mais importantes na terapia fotodinâmica é a administração localizada do fármaco (drug delivery). Têm sido estudados vários sistemas para administração localizada do fármaco e estratégias de direccionamento, sendo que as nanopartículas apresentam grande potencial como transportadores de fotossensibilizantes. Em particular, as nanopartículas de lipídicas sólidas (solid lipid nanoparticles, SLN) e transportadores lipídicos nanoestruturados (nanostructured lipid carriers, NLC) têm sido pouco exploradas para incorporação de fotossensibilizantes, mas demonstraram já as suas vantagens, tais como baixa toxicidade, boa tolerância in vivo e a elevada capacidade de incorporação do fármaco. Para obter uma formulação com as propriedades desejadas, é importante para avaliar a forma como o sistema é influenciado por vários factores. Aqui, o design experimental tem sido aplicado com sucesso. Assim, o objetivo deste trabalho foi a otimização das propriedades de nanopartículas lipídicas (SLN e NLC) aplicando um design experimental, de modo a obter um sistema capaz de incorporar fotossensibilizantes. O processo de otimização baseou-se na composição da formulação. Vários factores foram avaliados, tal como a concentração de lípido, a concentração de tensioactivo, a ausência ou presença de um lípido líquido, a proporção lípido sólido:líquido, e diferentes componentes da formulação, a fim de obter uma formulação com tamanho de partícula reduzido e estabilidade adequada. Posteriormente, várias porfirinas foram seleccionadas para incorporação no sistema otimizado, de modo a confirmar a sua aplicação.