Nanoparticles for drug administration to protect the oral mucosa after radiation

Abstract

La radioteràpia és un tractament àmpliament utilitzat per als càncers de cap i coll, però sovint provoca efectes secundaris greus en els teixits sans circumdants, especialment en la mucosa oral. Aquesta tesi explora el desenvolupament d’un sistema d’alliberament de fàrmacs basat en nanopartícules amb l’objectiu de protegir els teixits orals dels danys induïts per la radiació. L’estudi se centra en l’encapsulació de l’Amifostina, un conegut agent radioprotector, dins de nanopartícules de polilàctic- co-àcid glicòlic (PLGA) mitjançant la tècnica de doble emulsió i evaporació de dissolvent. Es van sintetitzar i caracteritzar diverses formulacions per avaluar-ne les propietats fisicoquímiques, l’eficiència d’encapsulació i la compatibilitat biològica. Es van utilitzar tècniques com la dispersió de llum dinàmica (DLS), la microscòpia electrònica de rastreig (SEM), la cromatografia líquida d’alta resolució (HPLC) i estudis de degradació per analitzar la mida de partícula, la morfologia, la càrrega superficial i el comportament d’alliberament del fàrmac. A més, els assaigs de citotoxicitat i la microscòpia de fluorescència van confirmar la biocompatibilitat i la captació cel·lular de les nanopartícules. Els resultats van demostrar que les nanopartícules de PLGA poden encapsular Amifostina amb èxit, amb una distribució de mida controlada, potencial zeta estable i alta eficiència d’encapsulació. Les nanopartícules van mostrar un prometedor potencial protector in vitro, cosa que suggereix que aquest sistema d’alliberament podria ser una estratègia eficaç per mitigar la mucositis oral induïda per la radioteràpia. Aquest treball contribueix al camp de la nanomedicina oferint un enfocament dirigit i menys invasiu per gestionar els efectes secundaris del tractament contra el càncer.

La radioterapia es un tratamiento ampliamente utilizado para los cánceres de cabeza y cuello, aunque a menudo provoca efectos secundarios severos en los tejidos sanos circundantes, en particular en la mucosa oral. Esta tesis explora el desarrollo de un sistema de liberación de fármacos basado en nanopartículas, con el objetivo de proteger los tejidos orales del daño inducido por la radiación. El estudio se centra en la encapsulación de Amifostina, un conocido agente radioprotector, en nanopartículas de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) mediante el método de emulsión doble y evaporación de disolvente. Se sintetizaron y caracterizaron diversas formulaciones para evaluar sus propiedades fisicoquímicas, eficiencia de encapsulación y compatibilidad biológica. Se emplearon técnicas como dispersión de luz dinámica (DLS), microscopía electrónica de barrido (SEM), cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y estudios de degradación para analizar el tamaño de partícula, la morfología, la carga superficial y el comportamiento de liberación del fármaco. Además, los ensayos de citotoxicidad y la microscopía de fluorescencia confirmaron la biocompatibilidad y la internalización celular de las nanopartículas. Los resultados demostraron que las nanopartículas de PLGA pueden encapsular Amifostina de manera eficiente, con una distribución de tamaño controlada, potencial zeta estable y alta eficiencia de encapsulación. Las nanopartículas mostraron un potencial protector prometedor in vitro, lo que sugiere que este sistema de liberación podría ser una estrategia efectiva para mitigar la mucositis oral inducida por radioterapia. Este trabajo contribuye al campo de la nanomedicina al ofrecer un enfoque dirigido y menos invasivo para gestionar los efectos secundarios del tratamiento contra el cáncer.

Radiotherapy is a widely used treatment for head and neck cancers, yet it often causes severe side effects in surrounding healthy tissues, particularly the oral mucosa. This thesis explores the development of a nanoparticle-based drug delivery system aimed at protecting oral tissues from radiation-induced damage. The study focuses on the encapsulation of Amifostine, a well-known radioprotective agent, into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles using a double emulsion solvent-evaporation method. Various formulations were synthesized and characterized to evaluate their physicochemical properties, encapsulation efficiency, and biological compatibility. Techniques such as Dynamic Light Scattering (DLS), Scanning Electron Microscopy (SEM), High-Performance Liquid Chromatography (HPLC), and degradation studies were employed to assess particle size, morphology, surface charge, and drug release behavior. Additionally, cytotoxicity assays and fluorescence microscopy confirmed the biocompatibility and cellular uptake of the nanoparticles. The results demonstrated that PLGA nanoparticles could successfully encapsulate Amifostine with controlled size distribution, stable zeta potential, and high encapsulation efficiency. The nanoparticles showed promising protective potential in vitro, suggesting that this delivery system could serve as an effective strategy to mitigate radiation-induced oral mucositis. This work contributes to the field of nanomedicine by offering a targeted and less invasive approach to managing the side effects of cancer treatment.