BLOOD BRAIN BARRIER (BBB) PERMEABILITY STUDIES OF NOVEL LIPID NANOPARTICLES (LNPS) FOR THE DELIVERY OF PROMISING DRUGS IN ALZHEIMER DISEASE

Abstract

Dementia is one of the most common events associated with brain aging, estimated to reach 139 million people in 2050, with Alzheimer's disease (AD) being its most prevalent form. The blood brain barrier (BBB) acts as a wall for blood circulating substances and blocking 98% of brain-targeted drugs. Solid lipid nanoparticles (SLNPs) have shown promising potential as therapy vehicles for neurological disorders. They are commonly composed of a solid lipidic core surrounded by a surfactant layer, provid- ing an efficient biocompatible carrier to transport therapeutic agents through BBB. The aim of this work consists of characterizing a novel SLNP formulation, assessing their potential as delivery systems for AD therapy. SLNPs, supplied by external collaborators, were incubated for different periods at room temper- ature and 37 ºC, in ultrapure water and endothelial basal medium, mimicking in vitro conditions, and physico-chemically characterized. These presented high size stability (103.69 ± 3.18 nm and 56.39 ± 0.78, for batch#1 and #2 respectively) throughout the incubation periods in both solvents. A slight size increase was reported as consequence of cluster formation due to the increase in temperature, allowing for the lipidic particles to get closer together, with transmission electron microscopy confirming these results. Cytotoxicity of SLNPs on human brain microvascular endothelial cells was assessed and cell uptake capacity by flow cytometry and confocal microscopy. These show signs of harmful behavior towards cells, indicating a possible problem with the formulation. A lack of internalization of lower, non-toxic, concentrations of SLNPs was also reported. The individual components were assessed, iden- tifying Brij S20 as the root of the toxicity issue. This work proposes the complete removal of this surfactant from the formulation, its decrease in concentration to 0.05% (w/v) of the final formulation or the development of a purification process of the system, drawing out the true potential of the SLNPs.

Demência é um dos eventos mais comuns associados com o envelhecimento, sendo estimado atingir cerca de 139 milhões de pessoas em 2050, sendo a doença de Alzheimer (AD) a sua manifestação mais comum. A barreira hematoencefálica (BBB) funciona como uma barreira para substâncias presen- tes no sangue, bloqueando 98% de fármacos para doenças neurológicas. Nanopartículas lipídicas sólidas (SLNPs) exibem potencial como terapias para estas doenças. São compostas por um núcleo lipídico sólido revestido por surfactantes, proporcionando um transportador eficiente e biocompatível para atra- vessar a BBB. O objetivo deste trabalho consiste na caracterização de uma nova formulação de SLNPs, averiguando o seu potencial como agentes de transporte para tratamento de AD. SLNPs foram fornecidas por colaboradores externos e incubadas por diferentes períodos, a tem- peratura ambiente e 37 ºC, em água ultrapura e meio endotelial basal, mimetizando condições in vitro, sendo posteriormente físico-quimicamente caracterizadas. Estas apresentam tamanho estável (103.69 ± 3.18 nm e 56.39 ± 0.78, para os lotes #1 e #2 respetivamente) ao longo do tempo, e em ambos os sol- ventes. Um pequeno aumento no tamanho foi reportado, uma consequência do aumento de temperatura, induzindo a proximidade entre partículas, tendo microscopia eletrónica de transmissão confirmando es- tes resultados. A citotoxicidade das SLNPs foi verificada em células endoteliais da microvasculatura cerebral humana e a internalização foi estudada por citometria de fluxo e microscopia confocal. Estas apresentam comportamento nocivo para com as células, indicando possíveis problemas na formulação. A ausência de internalização destas partículas em concentrações mais baixas, não tóxicas, foi também reportada. Os componentes das SLNPs foram individualmente estudados, identificando Brij S20 como a causa de toxicidade. Este trabalho recomenda a remoção completa deste surfactante da formulação, a diminuição da sua concentração para 0.05% (w/v) da formulação final ou o desenvolvimento de um processo de puri- ficação do sistema, promovendo o verdadeiro potencial destas SLNPs