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https://hdl.handle.net/10216/170525| Author(s): | João David Batista da Costa Almeida |
| Title: | Nanomedicines targeting intestinal Fc receptor to enhance the oral delivery of antidiabetic peptides |
| Issue Date: | 2025-11-04 |
| Abstract: | Diabetes mellitus affects nearly one in nine adults globally, with type 2 diabetes mellitus (T2DM) representing approximately 90% of all diagnosed cases. Tirzepatide, a peptide-based dual GIP and GLP-1 receptor agonist with demonstrated clinical efficacy in T2DM, is currently limited to injectable formulations due to gastrointestinal physical and chemical barriers that hinder oral absorption. This work aimed to develop lipid-based nanoparticles (LNPs) for the oral delivery of tirzepatide, exploring several preparation methods (thin-film hydration with extrusion or sonication, microfluidics, and vortex-mixing) to identify a formulation capable of efficient tirzepatide loading and of exploiting the neonatal Fc receptor (FcRn)-mediated intestinal transcytosis pathway by targeting FcRn with a specific affibody (ZFcRn). The most promising formulation was obtained by thin-film hydration followed by probe sonication, producing nanoparticles with a hydrodynamic diameter of 121 nm, PDI of 0.36, near-neutral ζ-potential of -7, association efficiency (AE) of 73% and drug loading (DL) of 2.4%. Maleimide-thiol conjugation of the ZFcRn affibody achieved high conjugation efficiency (>90%) but increased hydrodynamic size and PDI and caused partial payload loss (AE = 35% and DL = 0.7% after functionalization). In vitro, formulations were non-cytotoxic, and affibody-functionalized LNPs showed higher cellular uptake than non-functionalized controls. However, epithelial permeability assays using an intestinal monolayer did not demonstrate effective translocation of LNPs across the barrier. In summary, thin-film hydration followed by sonication produced the best tirzepatide loading among the methods tested and supports affibody-mediated cellular uptake, but the particles failed to cross the intestinal epithelial model. Future work should establish true core entrapment (to exclude mere surface adsorption of the drug), minimize payload loss during functionalization, and demonstrate effective transcytosis through the intestinal epithelium. |
| Description: | Diabetes mellitus afeta aproximadamente um em cada nove adultos globalmente, sendo que a diabetes mellitus tipo 2 (T2DM) representa cerca de 90% de todos os casos diagnosticados. O tirzepatide, um péptido agonista duplo dos recetores GIP e GLP-1 com eficácia clínica demonstrada no tratamento de T2DM, está atualmente disponível apenas em formulações injetáveis devido às barreiras gastrointestinais físicas e químicas que impedem a absorção oral. Este trabalho teve como objetivo desenvolver nanopartículas lipídicas (LNPs) para a administração oral de tirzepatide, explorando vários métodos de preparação (hidratação de filme fino com extrusão ou sonicação, microfluídica e mistura por vortex) para identificar uma formulação capaz de carregar o fármaco de forma eficiente e de explorar a via de transcitose intestinal mediada pelo recetor Fc neonatal (FcRn), direcionando-o para este recetor com um affibody específico (ZFcRn). A formulação mais promissora foi obtida por hidratação de filme fino seguida de sonicação com sonda, produzindo nanopartículas com um diâmetro hidrodinâmico de 121 nm, um PDI de 0,36, um potencial ζ quase neutro de -7 mV, uma eficiência de associação (AE) de 73% e uma encapsulação de fármaco (DL) de 2,4%. A conjugação por química "maleimida-tiol" do affibody ZFcRn demonstrou uma elevada eficiência de conjugação (>90%), mas aumentou o tamanho hidrodinâmico e o PDI e causou perda parcial do fármaco (AE = 35% e DL = 0,7% após a funcionalização). In vitro, as formulações não se revelaram citotóxicas, e as LNPs funcionalizadas com o affibody apresentaram maior internalização celular do que os controlos não funcionalizados. No entanto, os ensaios de permeabilidade epitelial, utilizando uma monocamada de células intestinais, não demonstraram translocação efetiva das LNPs através da barreira epitelial. Em resumo, o método de hidratação de filme fino seguido de sonicação produziu o melhor nanossistema de transporte de tirzepatide entre os métodos testados e suporta a internalização celular mediada pelo affibody, mas as partículas não conseguiram atravessar o modelo epitelial intestinal. Trabalhos futuros deverão focar-se em assegurar um encapsulamento eficaz do fármaco no núcleo da nanopartícula (para excluir a mera adsorção superficial), minimizar a perda de fármaco durante a funcionalização e demonstrar transcitose efetiva através do epitélio intestinal. |
| Subject: | Biotecnologia médica Medical biotechnology |
| Scientific areas: | Ciências médicas e da saúde::Biotecnologia médica Medical and Health sciences::Medical biotechnology |
| URI: | https://hdl.handle.net/10216/170525 |
| Document Type: | Dissertação |
| Rights: | openAccess |
| Appears in Collections: | FMUP - Dissertação |
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