Nanopartículas magneto-plasmónicas para aplicaciones biomédicas

Resumen

La presente tesis aborda la síntesis y caracterización de nanopartículas magneto-plasmónicas híbridas, así como su potencial aplicación en campos biomédicos como la detección de células tumorales o el tratamiento de tumores localizados. Para el desarrollo de la tesis, se escogió una estructura de tipo núcleo-satélites en la que un nanocilindro de Au se rodea con una corteza de sílice donde se insertan múltiples nanopartículas magnéticas. Las nanopartículas magnéticas utilizadas se componen de materiales biocompatibles como el óxido de hierro o las ferritas. Para la unión de las fases magnética y plasmónica, se utilizó un proceso de silanización conjunta mediado por recubrimientos. En este proceso, las superficies de los nanocilindros de Au y las nanopartículas magnéticas son funcionalizadas con moléculas de polietilenglicol y ácido cítrico, respectivamente. El entrelazamiento de estas moléculas durante el proceso de crecimiento de la corteza de sílice permite llevar a cabo el ensamblado de las nanoestructuras conforme a la geometría descrita anteriormente. La estructura de las nanopartículas híbridas fue corroborada mediante microscopía electrónica. Se observó además que la fase de sílice recubre por completo el resto de fases y previene el contacto directo entre ellas, lo que evita la distorsión de sus planos atómicos y la degradación de sus propiedades. No obstante, se observaron efectos de interacción entre las fases debido a la proximidad entre las fases. En el caso de las propiedades magnéticas, se observó que las interacciones dipolares entre las nanopartículas magnéticas de la corteza aumenta la anisotropía del sistema, lo que se traduce en una mayor coercitividad y susceptibilidad de sus ciclos de histéresis. Mientras que en el caso de las propiedades plasmónicas, las simulaciones por el método de elementos finitos mostraron que la presencia de nanopartículas magnéticas en el entorno cercano de los nanocilindros de Au genera acumulaciones de campo que modifican frecuencia de resonancia de sus plasmones superficial y aumentan la anchura de los picos de extinción. Con el fin de obtener nanoestructuras válidas para su uso en sistemas vivos, las nanopartículas híbridas fueron recubiertas con glicopolímeros capaces de conferirles una alta estabilidad coloidal en medios biológicos. Además su alta afinidad hacia receptores de glucosa como el concanavalin A, permite mejorar la internalización de las nanopartículas en células tumorales como las de la línea HeLa, que sobreexpresan ciertos receptores de glucosa. La primera aplicación de estas nanoestructuras fue la detección de células tumorales se utilizó un sistema de imagen médica, conocido como imagen fotoacústica, en el que se emplea su respuesta plasmónica para obtener una señal distinguible en el entorno biológico. El carácter magneto-plasmónico de estas nanoestructuras permitió aumentar la resolución de la técnica mediante un sistema de gradientes magnéticos alternos, conocido como imagen fotoacústica magneto-motriz, lo que permitió la detección de regiones localizadas de nanopartículas en un patrón de gelatina. Además, se exploró la posibilidad de aumentar el límite de detección fotoacústica de células tumorales circulantes (no localizadas) en un sistema mimético de flujo, acumulando las células tumorales marcadas con este tipo de nanopartículas mediante gradientes magnéticos de diferentes intensidades y geometrías. Las terapias anticancerígenas basadas en este tipo de nanopartículas se centraron en dos posibles mecanismos de actuación, la hipertermia celular y el daño mecánico. En la primera aproximación se utilizó el calor generado por estas nanopartículas cuando son sometidas a un campo electromagnético para inducir una muerte celular por estrés térmico en poblaciones in vitro de células HeLa. En la segunda, se hizo uso de la respuesta motriz de éstas frente a un campo magnético rotatorio para generar un daño mecánico a distancia en el seno de las células.