Biophysical characterization of the interaction of anticancer peptides with lipid model membranes

Anticancer peptides (ACPs) have recently emerged as a promising class of targeting agents due to their high selectivity for cancer cells, low risks of drug resistance and possibility to be modified to improve targeting. One of the first-in-class oncolytic peptides is LTX-315, a membranolytic 9-mer cationic peptide that already showed significant anticancer properties in multiple clinical trials. AH-D, a 27-mer α-helical amphiphatic peptide already known for its antiviral properties, is another promising exosome-rupturing peptide whose anticancer properties have been recently observed. While LTX-315 is able to selectively disrupt cancer cell membranes, AH-D preferentially destroys, regardless of their surface charge, small vesicles of dimension similar to that of exosomes. In this work, we analyzed the interactions between model membranes and AH-D and LTX-315, administered both singularly and in combination, hoping to obtain a synergistic effect for the peptide mixture, which could then be proposed as a novel therapeutic treatment for cancer. First, we investigated whether the peptides induced vesicle aggregation by dynamic light scattering (DLS). Then, the membranolytic properties were evaluated using quartz-crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and electrochemical impedance spectroscopy, which enable to study, respectively, vesicle disruption and membrane permeabilization and thinninng.

I peptidi antitumorali (ACPs) si sono recentemente distinti per essere una promettente classe di agenti di targeting grazie alla loro elevata selettività per le cellule tumorali, ai bassi rischi di sviluppare resistenza al farmaco e alla loro facile funzionalizzazione chimica. Uno dei migliori peptidi oncolitici è LTX-315, un peptide cationico membranolitico di 9 amminoacidi che ha già mostrato significative proprietà antitumorali in diversi studi clinici. AH-D, un peptide anfifatico α-elicoidale di 27 amminoacidi già noto per le sue proprietà antivirali, è un altro promettente peptide le cui proprietà antitumorali sono state recentemente osservate. Mentre LTX-315 è in grado di rompere selettivamente le membrane delle cellule tumorali, AH-D distrugge preferenzialmente piccole vesicole con dimensioni simile a quelle degli esosomi, indipendentemente dalla loro carica. In questo progetto abbiamo studiato le interazioni tra le membrane modello e AH-D e LTX-315, somministrati sia singolarmente sia insieme, sperando di ottenere un effetto sinergico per la miscela peptidica, che potrebbe quindi essere proposta come nuovo trattamento terapeutico per il cancro. Innanzitutto, abbiamo studiato la capacità dei peptidi di indurre aggregazione di vescicole tramite la dispersione dinamica della luce (DLS). Quindi, le proprietà membranolitiche sono state valutate usando una microbilancia al quarzo con monitoraggio della dissipazione (QCM-D) e la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS), che sono state impiegate per studiare, rispettivamente, la rottura delle vesicole e la permeabilizzazione e l'assottigliamento delle membrane