Efeitos de nanopartículas contendo galantamina após lesão da medula espinal em ratos

Abstract

Distúrbios do sistema nervoso central apresentam dificuldades de tratamento devido à baixa capacidade regenerativa das células deste sistema. Dentre eles, a lesão da medula espinal (LME) é uma condição que leva a grandes impactos na vida do paciente acometido, como situações de paraplegia, e não há tratamentos eficazes até o presente momento. A galantamina é um fármaco utilizado na doença de Alzheimer. Estudo prévio realizado pelo grupo demonstrou a eficácia em promover melhora funcional em um modelo de LME em ratos. Entretanto, administrações sistêmicas de medicamentos produzem mais efeitos colaterais e levam a menor biodisponibilidade do fármaco no tecido-alvo. Assim, o objetivo deste trabalho foi produzir e avaliar o potencial terapêutico de nanopartículas contendo galantamina para LME. As partículas de poli(ácido lático-co-glicólico) (PLGA) e galantamina foram produzidas por electrospraying e caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e por espalhamento de luz dinâmico para avaliação do tamanho, potencial zeta e índice de polidispersão (PdI). A liberação de galantamina das partículas foi avaliada por 35 dias através de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). O potencial neuroprotetor das partículas foi avaliado in vitro em uma cultura de células PC12. In vivo, utilizou-se um modelo de contusão de LME em ratos e as formulações farmacêuticas foram aplicadas no local da lesão. Os animais foram separados em 5 grupos: Sham, lesão, galantamina, partículas de PLGA e partículas de PLGA contendo galantamina (PG). Os efeitos desse tratamento foram avaliados após 3 e 42 dias, quando os parâmetros oxidativos e inflamatórios das medulas espinais foram avaliados, assim como os parâmetros histológicos, após 42 dias. Ainda, a locomoção dos animais foi avaliada semanalmente, por 6 semanas. As partículas poliméricas apresentaram morfologia bicôncava e tamanho adequado, assim como potencial zeta e PdI também adequados para administração local. A galantamina apresentou uma liberação no perfil de burst, mas manteve uma liberação controlada ao longo de 35 dias. In vitro, apenas o tratamento com galantamina livre reduziu a perda de viabilidade das células expostas a peróxido de hidrogênio e nenhuma das formulações farmacêuticas promoveu a redução da produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) após a exposição. Por outro lado, em estudo in vivo, o único grupo que apresentou melhoras significativas na função motora após 42 dias foi o grupo tratado com PG. Três dias após a lesão, a administração de galantamina diminuiu os níveis de peroxidação lipídica, ao passo que PG diminuiu os níveis de EROs e IL-1β, além dos níveis de peroxidação lipídica. Além disso, ao analisar os efeitos dos tratamentos em 42 dias após a lesão, o grupo no qual administrou-se apenas a galantamina apresentou diminuição dos níveis de EROs, enquanto o grupo PG diminuiu tanto EROs quanto IL-1β. Assim, o tratamento com PG demonstrou melhoras inflamatórias e oxidativas, bem como melhora funcional após LME.

Central nervous system disorders are particularly difficult to treat due to the limited regenerative capacity of the cells from this system. Among them, spinal cord injury (SCI) is a condition that provokes great impact on the patient’s life, such as paraplegy, and currently there are no effective treatments for this disorder. Galantamine is a drug used for Alzheimer’s disease. A previous study from the group demonstrated its efficacy in promoting functional improvements in a rat model of SCI. However, systemic drug administration can cause side effects and lead to decreased drug bioavailability at the target tissue. Hence, the aim of this study has been to produce and evaluate the therapeutic potential of galantamine nanoparticles for SCI. Poly(lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA) and galantamine particles were produced using electrospraying and characterized by scanning electron microscopy and dynamic light scattering for assessment of size, zeta potential and polydispersity index (PdI). Galantamine release from the particles was evaluated for 35 days using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The particles’ neuroprotective potential was assessed in vitro in PC12 cell culture. A contusion model of SCI in rats was used in vivo, and the pharmaceutical formulations were applied at the lesion site. The animals were divided into 5 groups: sham, injury, galantamine, PLGA particles and PLGA particles containing galantamine (PG). The treatment effects were evaluated after 3 and 42 days, when oxidative and inflammatory parameters were assessed, as well as histological parameters after 42 days. In addition, the animals' locomotion was evaluated weekly for 6 weeks. The particles presented a biconcave shape and adequate size, as well as adequate zeta potential and PdI for local administration. Galantamine was released in a burst profile, but maintained a controlled release for 35 days. In vitro, only galantamine reduced the viability loss in the cells exposed to hydrogen peroxide, and no pharmaceutical formulation reduced reactive oxygen species (ROS) production after the exposure. In vivo, on the other hand, the only group that presented significant improvements in motor function was in the PG treatment. Three days after the injury, the administration of galantamine resulted in a decrease in lipid peroxidation levels, whereas the use of PG improved levels of reactive oxygen species (ROS) and IL-1β, in addition to lipid peroxidation levels. Furthermore, when analyzing the treatment effects 42 days after the injury, galantamine treatment was able to reduce ROS, while PG reduced both ROS and IL-1β. Therefore, PG treatment showed not only inflammatory and oxidant improvements, but also significant functional recovery after SCI.