O câncer constitui a segunda maior causa de mortes no mundo e é considerado um grave problema de saúde pública. Os tratamentos disponíveis para o câncer incluem métodos com baixa seletividade e graves efeitos colaterais, o que gera impacto negativo na qualidade de vida dos pacientes. As chalconas-sulfonamidas são compostos sintéticos que têm chamado muita atenção devido ao seu potencial anticâncer promissor. Entretanto, a baixa seletividade dessas moléculas dificulta a progressão dos estudos e a sua aplicação como alternativa terapêutica. Neste sentido, a nanotecnologia tem se apresentado como uma ferramenta útil para elaboração de sistemas de entrega seletiva, melhorando o potencial e a seletividade de inúmeros compostos bioativos e fármacos já utilizados em clínica. As nanopartículas de óxido de zinco, particularmente, destacam-se devido à sua fácil obtenção e biocompatibilidade. Estudos recentes têm demonstrado que estas nanopartículas sinergizam com diferentes tipos de drogas, potencializando seus efeitos e melhorando sua seletividade. No presente estudo, o potencial citotóxico do tratamento combinado de ZnONPs a uma chalcona-sulfonamida (ZnONPs-HCS99) foi investigado. Os ensaios de citotoxicidade in vitro demonstraram que a associação potencializa os efeitos da HCS99, reduzindo sua CI50 de 1,2 para 0,56 μg/mL em 72 horas. O estudo do tratamento associado indicou que as amostras apresentam efeito aditivo, e a potencialização dos efeitos já pode ser vista nas primeiras 24 horas de tratamento. A análise morfológica indicou que a HCS99 provoca danos e vacuolização intensos, enquanto o tratamento combinado mostra vacuolização mais discreta, presença de blebs, fragmentação nuclear, condensação de cromatina e presença de figuras mitóticas. Entretanto, o tratamento combinado leva a estes efeitos sem causar perturbações à integridade de membrana, ao contrário da HCS99, que reduz significativamente o percentual de células com membrana íntegra. A citometria de fluxo revelou que ambos os tratamentos levam à parada do ciclo celular, com sequestro em G2/M. O tratamento combinado levou à redução na expressão de proteínas associadas à autofagia, com aumento significativo da expressão de HIF-1α, indicando que a presença das ZnONPs leva a um bloqueio no fluxo autofágico, que pode estar associado à potencialização dos efeitos da HCS99. Nenhum dos tratamentos provocou efeitos genotóxicos em modelo de D. melanogaster. Os dados encontrados neste estudo indicam que o uso das ZnONPs em associação à HCS99 melhora os seus efeitos e seletividade, representando uma alternativa promissora para o tratamento do câncer.