Inclusión de nanopartículas de oro en exosomas aislados de células B16F10 como estrategia para mejorar la selectividad en el tratamiento de tumores metastásicos

Abstract

Los exosomas son nano vesículas extracelulares producidas por la mayor parte de las células del organismo, que poseen un gran potencial para la entrega de fármacos. Debido a su capacidad natural para atravesar barreras biológicas, poseen una llegada selectiva hacia sitios definidos, incluyendo los tumores. En esta tesis, determinamos el tropismo específico de los exosomas aislados de células B16F10 hacia líneas celulares de cáncer y tumores metastásicos, mediante análisis de fluorescencia y marcaje de oro cuantitativo. Se utilizaron nanopartículas de oro plasmónicas funcionalizadas con ácido fólico para promover su encapsulación en los exosomas sin afectar su distribución de tamaño, polidispersidad, carga superficial, marcadores de proteína, captación celular o distribución in vivo. Los exosomas fueron doblemente marcados con fluorofóros y nanopartículas oro (AuNP) e inyectados en animales que desarrollaban nódulos pulmonares metastásicos. La distribución fue analizada mediante imágenes de fluorescencia/tomografía computarizada, análisis de oro cuantitativo por activación de neutrones y microscopía óptica mediante la técnica histológica de gold enhancement. Determinamos que las células B16F10 poseen una captación preferencial por sus propios exosomas, en comparación con vesículas similares aisladas de células de adenocarcinoma de colon, macrófagos y células embrionarias renales. Además, se detectó una acumulación preferencial de exosomas de B16F10 en pequeños tumores metastásicos ubicados en los pulmones. También se determinó su distribución entre vasos tumorales, alvéolos y nódulos tumorales mediante análisis histológico. Finalmente, observamos que los exosomas tumorales se pueden usar como vectores efectivos para mejorar la llegada de nanopartículas de oro hacia pequeños nódulos metastásicos. En resumen, se desarrolló una estrategia novedosa para estudiar la distribución/interacción de vesículas extracelulares en modelos animales, así como también para una potencial terapia dirigida hacia células malignas mediante la combinación del tropismo natural de los exosomas tumorales y las propiedades ópticas de AuNP, generando así partículas nanosistemas para aplicaciones en teranosis

Exosomes are nanovesicles produced by most cell types which have great potential to be exploited in drug delivery. Given their ability to pass through biological barriers, they display improved distribution in the desired target tissues and, depending on their origin, can preferentially accumulate at defined sites, including tumors. In this work, we determined the cell-type specific tropism of B16F10 exosomes towards cancer cells and metastatic tumors by using fluorescence analysis and quantitative gold labelling measurements. Surface functionalization of plasmonic gold nanoparticles was used to promote indirect labelling of EVs without affecting size distribution, polydispersity, surface charge, protein markers, cell uptake or in vivo biodistribution. Double-labelled EVs with gold and fluorescent dyes were injected into animals developing metastatic lung nodules and analysed by fluorescence/computer tomography imaging, quantitative neutron activation analysis and gold-enhanced optical microscopy. We determined that B16F10 cells preferentially take up their own EVs, when compared with colon adenocarcinoma, macrophage and kidney cell-derived EVs. In addition, we were able to demonstrate the preferential accumulation of B16F10 EVs in small metastatic lung tumors as compared with the rest of the organs. Importantly, our novel approach permitted determining the precise distribution of EVs between tumor vessels, alveolae and tumor nodules by histological analysis. We observed that tumor EVs represent effective vectors to increase gold nanoparticle delivery towards metastatic nodules. Overall, we present a novel strategy to study the distribution/interaction of EVs in animal models, as well as to target and eliminate malignant cells by combining the natural tropism of cancer exosomes and optical properties of AuNPs to generate theranostic particles with multiple applications