Carbon nanotubes as nanocarriers for antimalarial drugs

Abstract

Advances in nanotechnology have opened up exciting prospects in the field of pharmacology. Most antimalarial drugs contain aromatic rings that make them highly insoluble in the blood circulation in their free form. This causes a low treatment efficacy, caused by insufficient concentrations of drug inside the red blood cells that Plasmodium parasitizes, even when high doses are administered. To circumvent this problem, the encapsulation of antimalarial drugs in nanocarriers to increase their solubility and biodistribution is an attractive strategy. In this project, polyethylene glycol-functionalized carbon nanotubes have been used for the first time as nanocarriers for the lipophylic antimalarial drug curcumin in Plasmodium falciparum in vitro cultures. Furthermore, an in silico model of the growth inhibition caused by curcumin with and without nanotubes has been developed. A slight improvement of the aqueous solubility of curcumin has been achieved through loading onto carbon nanotubes by bath ultrasonication, although the resulting formulation presents a low stability. The curcumin-nanotube conjugates are not hemolytic, and an improvement of the antimalarial activity of curcumin has not yet been achieved. The in silico models have provided insights on the mechanisms of interaction between curcumin and the nanotubes as well as with cells.

Los avances en nanotecnología han abierto perspectivas interesantes en el campo de la farmacología. La mayoría de los medicamentos antimaláricos contienen anillos aromáticos, haciéndolos altamente insolubles en la circulación sanguínea en su forma libre. Esto provoca una baja eficacia del tratamiento, causada por concentraciones insuficientes de fármaco dentro de los glóbulos rojos que parasita Plasmodium, incluso cuando se administran dosis altas. Para sortear este problema, la encapsulación de fármacos antimaláricos en nanoportadores para aumentar su solubilidad y biodistribución es una estrategia atractiva. En este proyecto, nanotubos de carbono funcionalizados con polietilenglicol se han utilizado por primera vez como nanoportadores para curcumina, un fármaco antimalárico lipofílico, en cultivos in vitro de Plasmodium falciparum. Además, se ha desarrollado un modelo in silico de la inhibición del crecimiento causada por la curcumina con y sin nanotubos. Se ha logrado una ligera mejora de la solubilidad acuosa de la curcumina por medio de la carga en nanotubos de carbono mediante incubación en baño de ultrasonidos, aunque la formulación resultante presenta una baja estabilidad. Los conjugados curcumina-nanotubos no son hemolíticos, y aún no se ha logrado una mejora de la actividad antipalúdica de la curcumina. Los modelos in silico han proporcionado detalles sobre los mecanismos de interacción entre la curcumina y los nanotubos, así como con las células.

Els avenços en nanotecnologia han obert perspectives interessants en el camp de la farmacologia. La majoria dels medicaments antimalàrics contenen anells aromàtics, fent-los altament insolubles en la circulació sanguínia en la seva forma lliure. Això provoca una baixa eficàcia del tractament, causada per concentracions insuficients de fàrmac dins dels glòbuls rojos que parasita Plasmodium, fins i tot quan s'administren dosis altes. Per sortejar aquest problema, la encapsulació de fàrmacs antimalàrics en nanoportadors per augmentar la seva solubilitat i biodistribució és una estratègia atractiva. En aquest projecte, nanotubs de carboni funcionalitzats amb polietilenglicol s'han utilitzat per primera vegada com nanoportadors per curcumina, un fàrmac antimalàric lipofílic, en cultius in vitro de Plasmodium falciparum. A més, s'ha desenvolupat un model in silico de la inhibició del creixement causada per la curcumina amb i sense nanotubs. S'ha aconseguit una lleugera millora de la solubilitat aquosa de la curcumina a través de la càrrega en nanotubs de carboni per incuubació en un bany d'ultrasons, tot i que la formulació resultant presenta una baixa estabilitat. Els conjugats curcumina-nanotubs no són hemolítics, i encara no s'ha aconseguit una millora de l'activitat antimalàrica de la curcumina. Els models in silico han proporcionat detalls sobre els mecanismes d'interacció entre la curcumina i els nanotubs, així com amb les cèl·lules.