MAGNETIC NANOPARTICLES PRODUCED BY CHEMICAL PRECIPITATION TECHNIQUE AND HYDROTHERMAL TREATMENT FOR APPLICATION IN MAGNETIC HYPERTHERMIA

Abstract

Cancer is a leading cause of death worldwide and requires effective therapies like surgery, chemotherapy, and radiotherapy. A new approach using Magnetic Hyperthermia (MH) principles, in which Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles (SPIONs) convert magnetic energy into heat when subjected to an Alternating Magnetic Field (AMF), has been developed to improve selectivity in cancer treatment and trigger cell death. Due to the propensity of Nanoparticles (NPs) to aggregate in a physiological setting, it becomes imperative to produce NPs that can prevent this phenomenon from occurring. This project intended to characterize NPs synthesized by chemical co-precipitation technique followed by a hydrothermal treatment and study how they interact with HFFF2 (fibroblasts), WM983b (melanoma) and THP-1 (macrophages) cell lines, as well as the effect of an external AMF for MH applications. The obtained magnetite NPs, with and without a hydrothermal treatment, have a core diameter below the superparamagnetic limit of 30 nm. The colloidal stability of SPIONs subjected to hydrothermal treatment did not show a substantial improvement in comparison to pristine SPIONs. Hydrothermally-treated NPs also exhibited a cubic shape, larger core size that increased with the intensity of the hydrothermal treatment and higher crystallinity. These characteristics appear to enhance the heating efficiency of the SPIONs, as evidenced by the fact that MH temperatures were reached for NPs with the hydrothermal treatment, but not for pristine SPIONs. All SPIONs exhibited excellent biocompatibility with fibroblasts and melanoma cells, but less favorable results were observed for macrophages. This may be attributed to the more intense NPs uptake by these cells, as seen in the internalization studies. Exposure to anAMFfollowing incubation with SPIONs resulted in increased death of melanoma cells compared to fibroblasts. These findings suggest that magnetite SPIONs subjected to hydrothermal treatment possess higher potential as MH agents in cancer treatment compared to chemical precipitation alone.

O cancro é uma das principais causas de morte em todo o mundo e requer terapias eficazes como cirurgia, quimioterapia e radioterapia. Uma nova abordagem que utiliza os princípios de hipertermia magnética, na qual NPs superparamagnéticas convertem energia magnética em calor quando submetidas a um campo magnético alternado, foi desenvolvida para melhorar a seletividade no tratamento do cancro e desencadear a morte das células. No entanto, devido à tendência das NPs para formar agregados num ambiente fisiológico, torna-se relevante produzir NPs que de alguma forma evitem esse efeito. Este projeto teve como objetivo caracterizar NPs sintetizadas pela técnica de co-precipitação química seguida de tratamento hidrotermal e estudar a interação com as linhas celulares HFFF2 (fibroblastos), WM983b (melanoma) e THP-1 (macrófagos), bem como o efeito de um campo magnético alternado externo para aplicações em hipertermia magnética. As NPs de magnetite obtidas,com e sem tratamento hidrotermal, apresentaramumdiâmetro abaixo do limite superparamagnético de 30 nm. A estabilidade coloidal das mesmas submetidas ao tratamento hidrotermal não melhorou substancialmente em comparação com as NPs sem tratamento. As NPs com tratamento hidrotermal também exibiram uma forma cúbica, maior tamanho que aumentou com a intensidade do tratamento hidrotermal e maior cristalinidade. Estas características parecem aumentar a eficiência de aquecimento das NPs, evidenciado pelas temperaturas de hipertermia magnética alcançadas pelas NPs com tratamento hidrotermal, o que não ocorreu nas NPs sem tratamento. Todas as NPs exibiram excelente biocompatibilidade com fibroblastos e células de melanoma, com resultados menos favoráveis para macrófagos. Isso pode ser atribuído à maior internalização de NPs por este tipo de células, como foi observado nos estudos de internalização. A exposição a um campo magnético alternado após a incubação com as NPs provocou mais morte em células de melanoma em comparação com os fibroblastos. Estes resultados sugerem que as NPs de magnetite submetidas ao tratamento hidrotermal possuem maior potencial como agentes de MH no tratamento do cancro em comparação com NPs sintetizadas apenas por co-precipitação química.