Synthesis, characterization of catechin-loaded folate-conjugated chitosan nanoparticles and their anti-proliferative effect

ABSTRACT

Catechin-loaded folate-conjugated chitosan nanoparticles (CFC-NPs) were synthesized through ionic gelation reactions between folate-modified chitosan and sodium tripolyphosphate. Their chemical structures, size distribution and morphology, drug loading capacity and entrapment efficiency, in vitro release behavior, and anti-proliferative effects were investigated. Results showed that CFC-NPs dispersed as a near-spherical shape with an average diameter of 255 nm. Drug loading capacity and entrapment efficiency reached 8.66–11.53% and 19.02–43.28%, respectively. Meanwhile, the loaded catechin exhibited a sustainable release from the nanoparticles, with the cumulative release ratio being 75.20% over 36 h. Blank folate-conjugated chitosan nanoparticles (FC-NPs) at 0.5 mg/mL had little or no cytotoxicity toward MCF-7 and HepG2 cells, while CFC-NPs had significant anti-proliferative activity in a dose-dependent manner. After incubation for 36 h, cell viability reached 35.22 ± 3.42% and 58.44 ± 3.85% in MCF-7 and HepG2 cells, respectively. These results suggest that CFC-NPs might be effective carrier of catechins with antitumor activity.

RESUMEN

En el presente estudio se sintetizaron nanopartículas de quitosano cargadas de catequina y conjugadas con folato (CFC-NPs) a través de reacciones de gelificación iónica entre el quitosano y el tripolifosfato de sodio modificados con folato. Se investigaron sus estructuras químicas, su distribución según el tamaño y la morfología, su capacidad de carga de droga y su eficiencia de atrapamiento, así como su comportamiento en la fase de liberación in vitro y sus efectos antiproliferativos. Los resultados mostraron que las CFC-NP se dispersan como una forma casi esférica cuyo diámetro promedio es de 255 mm. La capacidad de carga de droga y la eficiencia de atrapamiento alcanzaron 8.66-11.53% y 19.02-43.28%, respectivamente. Asimismo, la catequina cargada se liberó de las nanopartículas de forma sostenible, registrando una ratio de liberación cumulativa de 75.20% durante 36 h. Las nanopartículas de quitosano vacías, conjugadas con folato (FC-NPs) a 0.5 mg/mL, produjeron poca o ninguna citotoxicidad en las células MCF-7 y HepG2, mientras las CFC-NP exhibieron actividad antiproliferativa significativa dependiente de la dosis. Tras su incubación durante 36 h, la viabilidad celular alcanzó 35.22 ± 3.42% y 58.44 ± 3.85% en las células MCF-7 y HepG2, respectivamente. Los resultados apuntan a que las CFC-NP pueden ser efectivas portadoras de quitosano con actividad antitumoral.

KEYWORDS:

• Catechin
• chitosan
• folate
• nanoparticles
• target delivery

PALABRAS CLAVE:

• Catequina
• quitosano
• folato
• nanopartículas
• entrega al objetivo

Abbreviations

CS: chitosan; TPP: sodium tripolyphosphate; EDC: 1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride; MTT: 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide; CFC-NPs: catechin-loaded folate-conjugated chitosan nanoparticles; FC-NPs: folate-conjugated chitosan nanoparticles; FT-IR: Fourier transform-infrared spectra; DLS dynamic light scattering; TEM: transmission electron microscopy.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

This work was supported by the Shandong Provincial Natural Science Foundation (ZR2018BC063), the National Natural Science Foundation of China (31571836), Science and Technology Foundation in Higher Education of Shandong Province (J16LE18), Shandong Agricultural Innovation Team (SDAIT-24-05) and Shandong ‘Double Tops’ Program (SYT2017XTTD04).