Toxicidad y Potencial Terapéutico de Nanotubos de Carbono Oxidados Funcionalizados con Doxorrubicina y Fluoresceína: Hallazgos In Vitro e In Vivo

Resumen

Este estudio investiga la citotoxicidad de nanotubos de carbono multi-pared oxidados (CNTox), nanotubos funcionalizados con doxorrubicina (CNT-Dox) y con fluoresceína (CNT-FITC) en células de adenocarcinoma de colon HT29 y ratones Balb/c. Demostramos que la doxorrubicina puede anclarse covalentemente a CNTs vía enlaces peptídicos, lo que reduce marcadamente su citotoxicidad inmediata. La escisión enzimática por tripsina libera doxorrubicina, restaurando su potencia y generando efecto sinérgico cuando CNT-Dox y tripsina se combinan. In vivo, CNT-Dox muestra menor toxicidad sistémica que doxorrubicina libre, con solo elevaciones modestas de enzimas hepáticas y parámetros hematológicos, mientras que CNTox solo es esencialmente no tóxico. Estos resultados apoyan uso CNTs como transportadores liberación controlada para agentes anticancerígenos potentes.

Introducción

Los nanotubos de carbono (CNTs) poseen alta área superficial, excelente captación celular y capacidad para atravesar membranas biológicas, haciéndolos vectores atractivos para liberación fármacos, terapia génica e imagen. La funcionalización con grupos hidrofílicos mejora solubilidad y biocompatibilidad, mientras la unión covalente de moléculas terapéuticas puede proveer liberación dirigida y controlada. La doxorrubicina (Dox) es quimioterapéutico ampliamente usado con toxicidad sistémica significativa; vincularla a CNTs puede reducir efectos off-target y mejorar especificidad tumoral. Trabajos previos mostraron CNTs administrados seguramente a bajas dosis, pero concentraciones mayores o química superficial inadecuada pueden provocar estrés oxidativo, inflamación y acumulación orgánica. Este estudio se basa en estos hallazgos para evaluar perfil seguridad CNT-Dox y CNT-FITC in vitro e in vivo.

Metodología

Células adenocarcinoma colon HT29 cultivadas en monocapas 2D y esferoides 3D. CNTs sintetizados por deposición química vapor, oxidados con HNO₃ 70 %, y funcionalizados con doxorrubicina o fluoresceína vía química carbodiimida. Suspensiones sonicadas, esterilizadas, caracterizadas por SEM, potencial zeta y FTIR. Citotoxicidad evaluada usando MTT y ensayos área colonia. Para liberación controlada, tripsina (0,05-70 %) añadida para evaluar liberación doxorrubicina. In vivo, ratones Balb/c recibieron inyecciones intraperitoneales CNTox (1,5 mg kg⁻¹), CNT-Dox (1,5 mg kg⁻¹) o Dox libre (20 mg kg⁻¹) cada tres días por cuatro semanas. Marcadores bioquímicos séricos (ALT, AST, ALP, proteína total, albúmina) y parámetros hematológicos (RBC, WBC, plaquetas, hemoglobina) medidos tras período tratamiento.

Resultados y Discusión

Caracterización Nanopartículas

Imágenes SEM confirmaron CNTs multi-pared con diámetros 10-60 nm y longitudes 20-500 µm. La funcionalización no alteró morfología. Medidas potencial zeta mostraron CNT-Dox (-28 mV), CNT-FITC (-32 mV), CNTox (-36 mV), indicando buena estabilidad coloidal. Espectros FTIR mostraron bandas amida I y II características, confirmando unión covalente doxorrubicina y fluoresceína a CNTs.

Citotoxicidad In Vitro

Ensayos MTT revelaron citotoxicidad dependiente dosis para CNTox (IC₅₀ ≈ 100 µg mL⁻¹) y CNT-FITC (IC₅₀ ≈ 50 µg mL⁻¹). CNT-Dox exhibió citotoxicidad marcadamente menor en ausencia proteasa (IC₅₀ > 200 µg mL⁻¹), reflejando secuestro doxorrubicina. Al añadir 0,05 % tripsina, CNT-Dox liberó doxorrubicina libre, produciendo IC₅₀ ≈ 5 µg mL⁻¹ y disminución sinérgica viabilidad celular (≤ 10 % control). Ensayos área colonia confirmaron CNT-FITC inhibió marcadamente formación colonias, mientras CNT-Dox tuvo efecto mínimo salvo presencia tripsina. En cultivos esferoides 3D, CNTox aumentó volumen esferoide dependiente dosis, mientras CNT-FITC redujo tamaño esferoide; CNT-Dox no mostró efecto significativo salvo liberación mediada proteasa.

Toxicidad In Vivo

Análisis séricos mostraron CNTox solo no alteró niveles ALT, AST, ALP. CNT-Dox y Dox libre ambos aumentaron AST (hasta 126 %) y ALP (hasta 148 %) relativo a control, pero elevaciones menos pronunciadas para CNT-Dox. Proteína total aumentó ligeramente en todos grupos tratamiento. Hematología reveló Dox libre causó anemia, trombocitopenia y neutropenia, mientras CNT-Dox produjo cambios comparables pero más leves. CNTox tuvo impacto despreciable en conteos células sanguíneas. Estos hallazgos sugieren CNT-Dox mitiga toxicidad sistémica preservando potencia antitumoral.

Conclusión

La funcionalización CNTs oxidados con doxorrubicina vía enlaces peptídicos crea nanotransportador liberación controlada seguro que reduce toxicidad sistémica versus fármaco libre. In vitro, CNT-Dox permanece inerte hasta escisión proteolítica, tras lo cual alcanza citotoxicidad potente comparable doxorrubicina libre. In vivo, CNT-Dox exhibe menores elevaciones enzimas hepáticas y toxicidad hematológica que Dox libre, mientras CNTox solo esencialmente no tóxico. Estos resultados apoyan desarrollo ulterior sistemas liberación basados CNTs para agentes anticancerígenos altamente potentes, particularmente malignidades gastrointestinales donde actividad proteasa puede desencadenar liberación dirigida.

Abreviaturas

Al:

Albúmina

ALP:

Fosfatasa alcalina

ALT:

Alanina aminotransferasa

AST:

Aspartato aminotransferasa

CNT-Dox:

Nanotubos carbono funcionalizados doxorrubicina

CNT-FITC:

Nanotubos carbono funcionalizados fluoresceína

CNTox:

Nanotubos carbono oxidados

CNTs:

Nanotubos carbono

Dox:

Doxorrubicina

FTIR:

Espectroscopía infrarroja transformada Fourier

MTS:

Esferoide tumoral multicelular

MWCNTs:

Nanotubos carbono multi-pared

PTX:

Paclitaxel

Tp:

Proteína total