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Título

Synthesis of core-shell magnetic nanoparticles for biomedical applications

AutorArizaga, Ana
DirectorMillán, Ángel; Palacio, Fernando
Fecha de publicación2013
EditorUniversidad de Zaragoza
ResumenLa nanotecnología ha permitido el desarrollo y la mejora de aplicaciones en campos muy variados como la medicina, la industria, la biología, la química, la catálisis, etc. Por ejemplo, en medicina, nanopartículas de diversas composiciones están siendo empleadas en aplicaciones biomédicas tanto para diagnóstico como con fines terapéuticos en el tratamiento de algunas enfermedades (Pankhurst 2003). Los materiales magnéticos ofrecen amplias posibilidades de uso. Nanopartículas superparamagnéticas adecuadamente modificadas superficialmente son comúnmente utilizadas en biomedicina como detectores en biosensores, como portadores de diversas sustancias capaces de ser dirigidos magnéticamente para liberación controlada de fármacos, como materiales capaces de liberar calor bajo la aplicación de un campo magnético alterno en hipertermia e incluso pueden utilizarse como agentes de contraste para visualizar mejor tejidos orgánicos en resonancia magnética de imagen, entre otras (Gupta 2005). Estas aplicaciones requieren que las nanopartículas utilizadas cumplan una serie de requisitos para su óptima utilización, como por ejemplo, que sean uniformes morfológicamente, que la distribución de tamaños sea lo más ajustada posible, que el tamaño sea lo suficientemente pequeño para que sean superparamagnéticas y que tengan una buena cristalinidad. Todo esto hace que las propiedades magnéticas de las nanopartículas sean más uniformes y por lo tanto sea más fácil de controlar y ajustar su comportamiento frente a factores externos. Además, hay otros factores que hay que tener en cuenta a la hora de utilizar estas nanopartículas en aplicaciones biomédicas. Estos hacen referencia al sistema biomédico en sí y no únicamente a la nanopartícula magnética. Por ejemplo, se hace interesante que el tamaño y la superficie de la partícula del sistema sean adecuados para poder atravesar las barreras celulares, así como conseguir poblaciones de partículas mononucleares que permitirán una mayor predicción del comportamiento del sistema. Para que un sistema biomédico pueda ser empleado éste ha de ser biocompatible, por lo que se hace necesario escoger recubrimientos con este requisito, y si además estos pueden ser fácilmente funcionalizados, se aporta una ventaja extra muy atractiva ya que puede producir beneficios complementarios para su aplicación. Hay varios tipos de recubrimientos que pueden aportar esta serie de ventajas a un sistema biomédico. Estos recubrimientos pueden ser orgánicos o inorgánicos, hidrofílicos o hidrofóbicos, o mixtos. Según la aplicación a la que esté destinado el sistema es necesario tomar unas u otras decisiones tanto en la elección del recubrimiento como en su diseño. La estabilidad de las nanopartículas en agua a pH neutro y salinidad fisiológica se puede conseguir con recubrimientos orgánicos hidrofílicos como por ejemplo dextrano (Pardoe 2001), polivinil alcohol (Kayal 2010) o polietilenglicol (Zhang 2002). Este último además de ser biocompatible, aumenta el tiempo de residencia en sangre, es soluble en disolventes polares y apolares y es capaz de atravesar la membrana celular.
Los recubrimientos inorgánicos hidrofílicos presentan unas características que pueden ser muy útiles según la aplicación a la que se destine el sistema, no experimentan cambios de porosidad o de tamaño con cambios de pH, fuerza iónica o temperatura y no son vulnerables al ataque microbiológico. La sílice es uno de los recubrimientos inorgánicos más utilizados debido a que en su superficie se encuentran los grupos silanoles, éstos son capaces de actuar como anclaje para distintos tipos de ligandos facilitando la funcionalización del sistema (Lu 2002). También son interesantes los recubrimientos hidrofílicos híbridos, éstos consisten en una cadena hidrocarbonada con un grupo siloxano capaz de interaccionar con la superficie de la nanopartícula de óxido de hierro, uno de los más utilizados es el aminopropil trietoxisilano (Jung 1995). Es de la máxima importancia desarrollar métodos capaces de transferir las nanopartículas obtenidas por vías orgánicas, con muy buenas propiedades dado que se puede llevar a cabo un mejor control de tamaños y dispersión de los mismos, a medios acuosos para su uso en biomedicina. Salgueriño-Maceira y col. describen un método en el que utilizan hidróxido de tetrametilamonio para transferir nanopartículas recubiertas con ácido oleico estables en hexano a agua (Salgueriño-Maceira 2004). Otro ejemplo interesante es el procedimiento utilizado por Xu y col. que se basa en un intercambio de ligando de un tiol derivatizado a un grupo nitroacético capaz de anclar proteínas a la nanopartículas (Xu 2004). En esta tesis se han desarrollado tres líneas de investigación relacionadas entre sí utilizando como material de partida nanopartículas magnéticas de óxido de hierro sintetizadas como componentes de varios sistemas diseñados para distintas aplicaciones biomédicas. La principal línea de trabajo consiste en la obtención de ferrofluidos core-shell de alta calidad en medio acuoso. Para ello se ha desarrollado un método para la transferencia de nanopartículas de óxido de hierro, obtenidas en medio orgánico, a medio acuoso, con la ayuda de distintos alcoxisilanos. También se ha realizado el diseño y desarrollo de dos sistemas biomédicos, uno para ser utilizado en un biosensor y otro susceptible de ser empleado en aplicaciones como liberación controlada de fármacos, separación o purificación. El diseño de un sistema biomédico se realiza teniendo en cuenta las funciones para las que se plantea su uso. Los requisitos de cada componente dependen de la aplicación biomédica para la cual el biosistema ha sido diseñado, de ahí que en esta tesis se planteen estos tres objetivos particulares con sus diferentes estrategias:
1 Ferrofluidos para aplicaciones biomédicas. Obtención de ferrofluidos de tamaño controlado, alta cristalinidad y baja dispersión de tamaño en medio acuoso para aplicaciones biomédicas como MRI o hipertermia en lo que se denomina teranóstico. Se ha estudiado cómo trasferir nanopartículas de óxido de hierro sintetizadas en medio orgánico a medio acuoso con el objetivo de que éstas sean estables en fluidos biológicos. La estrategia a seguir se basa en la utilización de alcoxisilanos con diferentes longitudes de cadena y con distintos grupos funcionales capaces de interactuar con el hierro de la nanopartícula. De esta manera se han obtenido suspensiones de nanopartículas magnéticas en medio acuoso. 2 Esferas superparamagnéticas para un biosensor. Diseño y desarrollo de un biosistema que consiste en nanopartículas de óxido de hierro obtenidas en medio acuoso y recubiertas de sílice para su uso en un biosensor. Las nanoesferas de sílice se han funcionalizado con un ácido carboxílico y posteriormente se han vectorizado con una proteína. Este sistema se utilizará en un biosensor cuyo funcionamiento se basa en el cambio en la impedancia producida en un condensador en cuya superficie se han adherido las nanoesferas mediante una unión tipo sándwich solamente cuando se halla presente el analito que nos interesa detectar. 3 Nanopartículas magnéticas encapsuladas en un polímero. Por último se ha estudiado un sistema multi-respuesta formado por nanopartículas de óxido de hierro obtenidas en medio orgánico y encapsuladas en un polímero, la polivinilpiridina. Este sistema es susceptible de ser utilizado en liberación controlada de fármacos, entre otras aplicaciones. Para proporcionarle mayor biocompatibilidad al sistema, también se ha utilizado un copolímero, polivinilpiridina-polietilenglicol, para encapsular las nanopartículas. El polietilenglicol es un polímero de probada biocompatibilidad y por lo tanto ampliamente utilizado en este tipo de aplicaciones. La caracterización de estos sistemas y partículas se ha realizado mediante el uso de las siguientes técnicas de caracterización: microscopia electrónica de transmisión, microscopia electrónica de barrido, difracción de rayos X, análisis elemental, análisis termogravimétrico, dispersión dinámica de luz, infrarrojos y medidas magnéticas, entre otras.
Versión del editorhttp://zaguan.unizar.es/record/12538
URIhttp://hdl.handle.net/10261/121718
Aparece en las colecciones: (ICMA) Tesis
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