Síntesis y funcionalización covalente de nanopartículas superparamagnéticas para imagen biomédica

Resumen

El objetivo principal de trabajo ha sido la obtención de una biblioteca de agentes de contrastes para MRI a través del desarrollo de nuevas metodologías químicas para la funcionalización de nanopartículas superparamagnéticas de oxido de hierro (NPs) recubiertas de acido oleico.Como primera herramienta para estas modificaciones se ha desarrollado un nuevo método para la síntesis de nanopartículas superparamagneticas de óxido de hierro hidrofílicas. Dicho método, basado en la oxidación del doble enlace en presencia de KMnO4 y en una reacción bifásica en condiciones suaves, genera partículas recubiertas de ácido azelaico de pequeño tamaño (35 nm) con buena estabilidad coloidal y con unas propiedades magnéticas semejantes a las precursoras. Además, esta nueva funcionalización les proporciona un acido carboxílico terminal en la estructura que permite posteriores funcionalizaciones. A partir de estas NPs recubiertas con ác. azelaico se ha sintetizado un nuevo conjugado de pequeño tamaño (50 nm) y gran estabilidad coloidal mediante la unión covalente de la gelatina en su superficie. Dichos conjugados fueron probados in vivo presentando unos tiempos de circulación en ratas, después de inyección intravenoso, de cerca de dos horas, lo que supone un aumento de hasta 4 veces el tiempo de circulación en sangre de las muestras precursoras recubiertas con azelaico. La aplicación in vitro de estos nuevos conjugados nanopartícula-gelatina ha demostrado su capacidad de actuar como biosensores de elevada especificidad hacia las metaloproteasas de matriz extracelular (MMPs) al observarse como las NPs modifican su propiedades relaxométricas en los valores T2 de manera proporcional a la concentración de enzima, debido a la acción degradativa que estas MMPs tienen sobre la gelatina surfactante, llegándose a alcanzar un límite de detección por debajo de los 3 ng/mL de enzima.La segunda herramienta química desarrollada para la modificación de estas NPs-oleico ha sido la metátesis de olefinas, basada en el intercambio de grupos alquenilos entre dos olefinas para generar dos nuevas en presencia de un catalizador metálico. Esta metodología ha sido aplicada, por primera vez, para, en un solo paso, proporcionar estabilidad coloidal en agua e introducir moléculas con actividad biológica. Como olefinas terminales se emplearon diversas moléculas hidrofílicas de interés biológico como el polietilenglicol. Las nuevas NPs hidrofílicas obtenidas mantenían el carácter superparamagnético así como un tamaño pequeño por debajo de los 100 nm y una elevada estabilidad coloidal. Una de las NPs obtenidas a través de este método de metátesis de olefinas ha sido aplicado in vitro tanto por relaxometría como por MRI y ha demostrado actuar como sensor de iones Ca2+ permitiendo cuantificar concentraciones. Además, el estudio de estas nanopartículas en presencia de distintos tipos de cationes ha demostrado la gran selectividad hacia el Ca2+ frente a otros iones con significancia biológica. Estas mismas NPs han sido funcionalizadas con un fluoróforo para el diseño de una nueva sonda dual para imagen óptica y MRI. Éstas fueron probadas in vivo mostrando tiempos de vida en sangre por encima de las 24 horas. Sobre esta sonda dual se llevó a cabo un segunda funcionalización a través de la unión covalente de un péptido RGD específico de angiogénesis. La nueva sonda fue empleadas in vivo en un modelo ¿prueba de concepto¿ de matrigel en el que se llevó a cabo el seguimiento temporal de procesos angiogénicos. Mediante este experimento se demostró, por múltiples técnicas de imagen tanto in vivo como ex vivo (MRI, FMT, microscopía y confocal) que las partículas se acumulaban de forma específica en regiones de angiogénesis.