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Publicação
Development of magnetic clays with catalytic activity for cancer treatment application
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Orientador(es)
Resumo(s)
Currently, cancer is one of the most widespread diseases with related deaths. Conventional treatments such as chemotherapy and radiotherapy are not targeted at cancer cells, leading to serious side effects for the human body. As technology evolves, new possibilities for cancer treatment arise.
In this context, cancer theranostics provides the possibility of having diagnosis and treatment in one only system, improving patient care, and providing customized cancer treatment methods. One of the most promising approaches to theranostics is the use of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) as they may be used as contrast agents in magnetic resonance imaging and magnetic hyperthermia, due to the increase of their bulk temperature and their surroundings when an external alternating magnetic field is applied. Not long ago, it was discovered that SPIONs can mimic enzymes such as peroxidase and catalase. Peroxidase-like activity contributes to direct tumour elimination by generating toxic radicals while catalase-like activity leads to conversion of hydrogen peroxide into water and oxygen, helping overcome the hypoxia present in tumour tissues.
In this master thesis, SPIONs were coated with 3-amino-propyltriethoxysilane (APTES) and intercalated into Montmorillonite (MMT) nanoclays, and the resulting composite systems were characterized. The incorporation of magnetic nanoparticles in clays and their catalytic activity enables the development of a potential application for cancer treatment. The enzyme-like activity of magnetic nanoclays was evaluated at given pH values, and the influence of the surface coating on the stability of the composites over a week and a month of storage were assessed. Lastly, SPIONs and magnetic nanoclays were submitted to an alternating magnetic field and hyperthermic temperatures were successfully reached.
The present work demonstrated that these composite systems possess intrinsic catalase and peroxidase-like activities. With a view to medical application of these materials, further studies are required on their cytotoxicity, as well as more in-depth magnetic hyperthermia assays including various iron concentrations. The properties of the magnetic nanoclays produced indicate their potential as a platform for a future application in cancer theranostics.
Atualmente, o cancro é a causa de morte com maior incidência em todo o mundo. Os tratamentos convencionais, como a quimioterapia e radioterapia não são direcionados apenas às células cancerígenas, levando a sérios efeitos colaterais para o paciente. À medida que a tecnologia evolui, surgem novas possibilidades para o tratamento do cancro. Nesse contexto, o teranóstico de cancro oferece a possibilidade de diagnóstico precoce e tratamento num único sistema, melhorando o atendimento ao paciente e disponibilizando métodos personalizados de tratamento de cancro. Assim, uma das abordagens mais promissoras para teranóstico é o uso de nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (conhecidas como SPIONs), pois podem ser usadas como agentes de contraste em imagens de ressonância magnética e hipertermia magnética, devido ao aumento da sua temperatura e do ambiente em redor quando um campo magnético alternado externo é aplicado. Mais recentemente, descobriu-se que as SPIONs podem mimetizar enzimas como a peroxidase e catalase. A atividade de peroxidase contribui para a eliminação direta do tumor, gerando radicais tóxicos enquanto a catalase converte o peróxido de hidrogénio em água e oxigénio, ajudando a minimizar a hipoxia presente nos tecidos tumorais. Nesta dissertação de mestrado, SPIONs foram revestidas com 3-amino-propiltrietoxissilano (APTES) e intercaladas em nanoargilas de Montmorilonite (MMT), e os sistemas compósitos resultantes foram caracterizados. A incorporação de nanopartículas magnéticas nas argilas e a sua atividade catalítica possibilita o desenvolvimento de uma potencial aplicação no tratamento do cancro. A atividade peroxidase e catalase das nanoargilas magnéticas foi avaliada em valores de pH distintos e a influência do revestimento das SPIONs na estabilidade do complexo ao longo de uma semana e um mês de armazenamento em solução foi estudada. Por fim, as SPIONs e as nanoargilas magnéticas foram submetidas a um campo magnético alternado e as temperaturas hipertérmicas foram atingidas com sucesso. O presente trabalho demonstrou que estes sistemas compósitos possuem atividades intrínsecas semelhantes à catalase e peroxidase. Com o objetivo de aplicar estes materiais na área médica, são necessários mais estudos para avaliar a sua citotoxicidade, bem como ensaios de hipertermia magnética mais aprofundados, incluindo maior concentrações de ferro. As propriedades das nanoargilas magnéticas produzidas demonstram o seu potencial para uma futura aplicação no teranóstico de cancro.
Atualmente, o cancro é a causa de morte com maior incidência em todo o mundo. Os tratamentos convencionais, como a quimioterapia e radioterapia não são direcionados apenas às células cancerígenas, levando a sérios efeitos colaterais para o paciente. À medida que a tecnologia evolui, surgem novas possibilidades para o tratamento do cancro. Nesse contexto, o teranóstico de cancro oferece a possibilidade de diagnóstico precoce e tratamento num único sistema, melhorando o atendimento ao paciente e disponibilizando métodos personalizados de tratamento de cancro. Assim, uma das abordagens mais promissoras para teranóstico é o uso de nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (conhecidas como SPIONs), pois podem ser usadas como agentes de contraste em imagens de ressonância magnética e hipertermia magnética, devido ao aumento da sua temperatura e do ambiente em redor quando um campo magnético alternado externo é aplicado. Mais recentemente, descobriu-se que as SPIONs podem mimetizar enzimas como a peroxidase e catalase. A atividade de peroxidase contribui para a eliminação direta do tumor, gerando radicais tóxicos enquanto a catalase converte o peróxido de hidrogénio em água e oxigénio, ajudando a minimizar a hipoxia presente nos tecidos tumorais. Nesta dissertação de mestrado, SPIONs foram revestidas com 3-amino-propiltrietoxissilano (APTES) e intercaladas em nanoargilas de Montmorilonite (MMT), e os sistemas compósitos resultantes foram caracterizados. A incorporação de nanopartículas magnéticas nas argilas e a sua atividade catalítica possibilita o desenvolvimento de uma potencial aplicação no tratamento do cancro. A atividade peroxidase e catalase das nanoargilas magnéticas foi avaliada em valores de pH distintos e a influência do revestimento das SPIONs na estabilidade do complexo ao longo de uma semana e um mês de armazenamento em solução foi estudada. Por fim, as SPIONs e as nanoargilas magnéticas foram submetidas a um campo magnético alternado e as temperaturas hipertérmicas foram atingidas com sucesso. O presente trabalho demonstrou que estes sistemas compósitos possuem atividades intrínsecas semelhantes à catalase e peroxidase. Com o objetivo de aplicar estes materiais na área médica, são necessários mais estudos para avaliar a sua citotoxicidade, bem como ensaios de hipertermia magnética mais aprofundados, incluindo maior concentrações de ferro. As propriedades das nanoargilas magnéticas produzidas demonstram o seu potencial para uma futura aplicação no teranóstico de cancro.
Descrição
Palavras-chave
Cancer Catalase Montmorillonite Magnetic nanoclays Magnetic hyperthermia Peroxidase