Development and characterization of palbociclib-loaded PLGA nanobubbles for targeted cancer therapy

Abstract

Objective

The objective of this study was to develop and optimize palbociclib-loaded nanobubbles for targeted breast cancer therapy.

Materials and methods

Biocompatible poly(DL-lactide-co-glycolide) was used to create nanobubbles loaded with palbociclib. The formulation process was meticulously crafted using a three-level Box-Behnken design and a double emulsion solvent evaporation method to precisely tailor the nanobubbles’ properties.

Results

The Derringer's desirability method optimized variables by transforming responses into a desirability scale, resulting in a global desirability value. Optimal settings, A: 526.97 mg, B: 250 mg, C: 2.0% w/v, D: 6101 rpm, achieved a D value of 0.949. Palbociclib nanobubbles demonstrated a smaller particle size (31.78 ± 2.12) than plain nanobubbles (38.56 ± 3.56). PDI values indicated a uniform size distribution. The zeta potential remained consistent, with values of −31.34 ± 3.36 for plain and −31.56 ± 3.12 for drug-loaded nanobubbles. Encapsulation efficiency was 70.12%, highlighting effective drug encapsulation. Palbociclib release was significantly higher from nanobubbles in pH 7.4, especially with ultrasound, releasing almost 99.34% of the drug. Hemolytic activity assays confirmed safety for injection. Fluorescent intensity analysis revealed a two-fold increase in cellular uptake of palbociclib facilitated by ultrasound. The MTT assay demonstrated enhanced cytotoxicity of palbociclib-loaded nanobubbles, especially with ultrasound, emphasizing their potential for improved therapeutic efficacy. The IC₅₀ values for palbociclib, without ultrasound, and with ultrasound were 98.3 μM, 72.34 μM, and 61.34 μM, respectively.

Conclusion

The significant findings of this study emphasize the potential of palbociclib-loaded nanobubbles as a promising therapeutic system for improved breast cancer treatment.

Objectif

L’objectif de cette étude était de développer et d’optimiser la formulation de nanobulles chargées en palbociclib comme thérapie ciblée du cancer du sein.

Matériel et méthodes

Un copolymère poly(acide lactique-co-glycolique) [PLAGA] biocompatible a été utilisé pour créer des nanobulles chargées en palbociclib. Le processus de formulation a été méticuleusement conçu en utilisant un plan d’expérience de Box-Behnken à trois niveaux et une méthode par double émulsion évaporation de solvant a pu être optimisée pour ajuster précisément les propriétés des nanobulles.

Résultats

La méthode de désirabilité de Derringer a permis d’optimiser les variables en transformant les réponses en une échelle de désirabilité, ce qui a abouti à une valeur de désirabilité globale (D). Les paramètres optimaux, A : 526,97 mg de palbociclib, B : 250 mg de PLAGA, C : 2,0 % p/v de PVA, D : 6101 tr/min, ont atteint une valeur D de 0,949. Les nanobulles de palbociclib ont montré une taille de particule plus petite (31,78 ± 2,12 nm) que les nanobulles classiques (38,56 ± 3,56 nm). Les valeurs de l’indice de polydispersité indiquaient une distribution de taille uniforme. Le potentiel zêta est resté constant, avec des valeurs de −31,34 ± 3,36 pour les nanobulles classiques et de −31,56 ± 3,12 pour les nanobulles chargées en médicament. L’efficacité d’encapsulation était de 70,12 %, mettant en évidence une encapsulation efficace du médicament. La libération de palbociclib était significativement plus élevée à partir des nanobulles à pH 7,4, surtout lorsqu’elles étaient soumises aux ultrasons, libérant près de 99,34 % du médicament. Les essais d’activité hémolytique ont confirmé la sécurité pour l’injection. L’analyse de l’intensité fluorescente a révélé un doublement de l’absorption cellulaire du palbociclib facilitée par les ultrasons. L’essai MTT a montré une cytotoxicité accrue des nanobulles chargées en palbociclib, surtout avec les ultrasons, soulignant leur potentiel pour une efficacité thérapeutique améliorée. Les valeurs d’IC50 pour le palbociclib, sans ultrason, et avec ultrasons entaient respectivement de 98,3 μM, 72,34 μM et 61,34 μM respectivement.

Conclusion

Les résultats significatifs de cette étude mettent en évidence le potentiel des nanobulles chargées en palbociclib comme un système thérapeutique prometteur pour améliorer le traitement du cancer du sein.