Targeted senolytic delivery system to treat liver cirrhosis - Pitrez, João Pedro Oliveira Santos (My University, 2024)
Aging can be defined as a detrimental process, leading to a decline of function in tissues and organs. At a biological level, aging results from the impact of the accumulation of a wide variety of molecular and cellular damage over time. Cellular senescence is a physiological response to endogenous and/or exogenous stress, described by a stable cell-cycle arrest, where cells stop replicating but remain metabolically active, upregulation of pro-survival pathways, and secretion of a sophisticated phenotype. With aging there is an accumulation of senescent cells in various tissues and organs. One organ profoundly affected by the accumulation of senescent cells is the liver, as observed in several in vivo studies, which noted a higher accumulation of senescent cells. Although senescence affects all types of cells that make up the liver, we will focus our strategy on endothelial cells. Liver endothelial cells, named, liver sinusoidal endothelial cells (LSECs) are specialized endothelial cells, due to their distinctive morphology and functions. LSECs are indispensable in liver physiology, immunology, and pathophysiology, so a dysfunction of these cells can have a meaningful impact in liver homeostasis. LSECs dysfunction is responsible or can aggravate several liver disorders, such as liver fibrosis, cirrhosis, and even hepatic cancer, which makes LSECs a therapeutic target. Clearance of senescent cells has already been demonstrated to be an effective ameliorator of senescence effects in various in vitro and in vivo models, and there is one class of pharmacological agents mostly responsible for this clearance. This class of small molecules is capable of effectively eliminating senescent cells by acting on the pro-survival pathways of these cells. One senolytic in particular, Navitoclax (Nav), has shown high senolytic effects in several preclinical studies. However, Nav, as well as other senolytics, present associated toxicities, so an effective targeted delivery system is needed to exclusively kill senescent cells. In this work, a nanoformulation was tested for the encapsulation of Nav to reduce the side effects of the senolytic and selectively eliminate senescent LSECs. The bioactivity of the nanoformulation was tested in healthy LSECs and senescent LSECs, induced by gamma radiation, and the senescence program was characterized. Nav-loaded NPs selectively induced cell death in senescent LSECs, only affecting healthy LSECs in extreme concentrations of NPs, and presented a higher senolytic index than soluble Nav. This targeted drug delivery system thus demonstrates capable of effectively targeting senescent LSECs, eliminating the side-effect toxicity of Nav, representing a promising therapeutic treatment of age-related liver diseases.

O envelhecimento pode ser definido como um processo prejudicial que conduz a um declínio da função dos tecidos e órgãos. A nível biológico, o envelhecimento resulta do impacto da acumulação de uma grande variedade de danos moleculares e celulares ao longo do tempo. A senescência celular é uma resposta fisiológica do organismo, que bloqueia o ciclo celular face ao stress e a danos intrínsecos ou extrínsecos. As células deixam de se replicar, mas permanecem metabolicamente ativas, pela regulação positiva de vias pró-sobrevivência e pela secreção de um fenótipo distinto. Com o envelhecimento, verifica-se uma acumulação de células senescentes em vários tecidos e órgãos. Um dos órgãos que em que a sua função é amplamente afetada pela acumulação de células senescente é o fígado, tal como observado em vários estudos in vivo, em que foi verificada uma maior acumulação de células senescentes. Apesar da senescência afetar todos os tipos de células que compõem o fígado, iremos focar a nossa estratégia nas células endoteliais. As células endoteliais hepáticas, denominadas células endoteliais sinusoidais hepáticas (LSEC), são indispensáveis na fisiologia, imunologia e fisiopatologia do fígado, pelo que uma disfunção destas células pode ter um impacto significativo na homeostasia hepática. A disfunção das LSECs é responsável ou pode agravar várias doenças hepáticas, como a fibrose hepática, a cirrose e até o cancro hepático, o que faz das LSECs um alvo terapêutico. A eliminação de células senescentes já foi demonstrada como uma forma eficaz de melhorar os efeitos da senescência em vários modelos in vitro e in vivo, e há uma classe de agentes farmacológicos, denominados senolíticos, responsáveis por essa eliminação. Esta classe de pequenas moléculas é capaz de eliminar eficazmente células senescentes, atuando sobre as vias pró-sobrevivência deste tipo de células. Um senolítico em particular, o Navitoclax (Nav), demonstrou efeitos senolíticos elevados em vários estudos pré-clínicos. No entanto, o Nav, bem como outros senolíticos, apresentam toxicidades associadas, pelo que é necessário um sistema de entrega eficaz para eliminar exclusivamente as células senescentes. Neste trabalho, foi testada uma nanoformulação para o encapsulamento do Nav, de modo a reduzir os efeitos secundários do senolítico e eliminar seletivamente as LSECs senescentes.A bioatividade da nanoformulação foi testada em células LSECs saudáveis e senescentes, cuja indução da senescência foi efetuada por irradiação com raios gama e o programa de senescência foi caracterizado.As NPs carregadas com Nav induziram seletivamente morte celular em LSECs senescentes, afetando apenas LSECs saudáveis em concentrações elevadas de NPs, e apresentaram um índice senolítico mais elevado comparativamente ao Nav solúvel. Este sistema de entrega direcionada demonstra, assim, ser capaz de atingir eficazmente as LSEC senescentes, eliminando os efeitos secundários tóxicos do Nav, representando um tratamento terapêutico promissor de doenças hepáticas relacionadas com a idade.
Keywords: Envelhecimento; Senescência; LSECs; Navitoclax; Nanopartículas; Sistemas de entrega de fármacos direcionados