Síntese, caracterização e testes in vitro de nanopartículas magnéticas de Fe3O4 para atuarem como agentes de contrastes negativos T2 para o diagnóstico de câncer de mama

Abstract

Em função da limitação na detecção de tumores primários com agentes de contrastes (ACs) com quelatos de Gd3+, a agência Food Drug Administration liberou há dez anos o uso de nanopartículas (NPs) superparamagnéticas de Fe3O4 e ?Fe2O3, apelidadas do inglês como SPIONs e recobertas por polímeros para pesquisas e testes clínicos nos Estados Unidos e Europa como ACs para investigação de tumores malignos. Ao contrário dos compostos de Gd3+, as SPIONs são metabolizadas pelo organismo, e para que não se aglomerem ou causem embolismo as mesmas devem ser recobertas com materiais orgânicos ou inorgânicos (sílica) desde que sejam biocompatíveis e não apresentem citotoxicidade, constituindo um ferro fluído solubilizado em meio hidrofílico. De modo que o presente trabalho teve como objetivo sintetizar pelo método de cooprecipitação, caracterizar e testar in vitro SPIONs de Fe3O4 recobertas pelo biopolímero pheomelanina para aplicações em nanomedicina. As SPIONs constituindo as NPs de magnetita recobertas por pheomelanina (Fe3O4@Pheo) foram completamente caracterizadas por técnicas físico-químicas, tais como, espectroscopia de infravermelho, termogravimetria, espalhamento de luz dinâmico, espectrofotometria por fotoelétrons de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, magnetização por amostra vibrante, análise elementar, espectrometria por absorção atômica, e difração de raios-X de pó. Os resultados comprovaram que apesar de certa limitação quanto à monodispersividade e valor de magnetizaçao das SPIONs , o método de cooprecipitação conseguiu atender às exigências para aplicações biomédicas. Uma vez que, as NPs de Fe3O4@Pheo apresentaram índice de polidispersividade abaixo do limite (PDI < 0,2), e o tamanho do core (10-13 nm) indicou que as NPs são superparamagnéticas e que as mesmas foram estabilizadas via ligação covalente entre o óxido de ferro (Fe-O) com os grupos catecolatos e tióis da pheomelanina em meio aquoso. Além disso, os resultados associados às medidas de tempo de relaxamento T1 e T2 apontaram que as NPs exibiram potencial como AC negativo T2 (elevado valor de relaxividade transversa, ou seja, r2 = 218 mM-1.s-1 em relação a r1 = 1,6 mM-1.s-1) para a investigação de câncer de mama usando imagem por ressonância magnética (IRM). E, por fim, os testes in vitro das NPs de Fe3O4@Pheo atenderam às condições de não-citotoxicidade (viabilidade celular até concentração de 100 ppm) em células MCF-7. Além disso, as características de biocompatibilidade também foram atingidas e comprovadas pelos resultados apresentados nos ensaios in vitro de uptake nessas células.<br>

Abstract : Due to the limitations associated with early tumour detection using contrast agents (CAs) based on chelates of Gd3+, around ten years ago the Food and Drug Administration (FDA), a US regulatory agency, authorized the use of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) of Fe3O4 and ?Fe2O3. Subsequently, SPIONs coated with polymers have been designed and used in research and clinical studies in the United States and Europe as CAs for the detection of malignant tumours. In contrast to compounds containing Gd3+, SPIONs are metabolized by the organism, and in order to prevent embolism being caused by these nanoparticles they need to be coated with organic or inorganic materials (such as silicon) which are biocompatible and are not cytotoxic, for instance, a ferrofluid dispersed in a hydrophilic medium. In this context, the aim of this study was to synthesize, using the coprecipitation approach, characterize and test in vitro SPIONs of Fe3O4 coated with the biopolymer pheomelanin for application in nanomedicine. These SPIONs comprised of nanoparticles (NPs) with a magnetite coating of pheomelanin (Fe3O4@Pheo) were thoroughly characterized by physical-chemistry techniques including infrared spectroscopy, thermogravimetric, dynamic light scattering, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electronic microscopy, vibrating sample magnetization, elemental analysis, atomic absorption spectrometry and X-ray powder diffraction. Although some of the results indicated limitations (saturation magnetization and low monodispersivity) of the SPIONs of Fe3O4@Pheo prepared by the coprecipitation method, they did fulfil the requirements for biomedical applications. The polydispersivity index of the NPs of Fe3O4@Pheo did not exceed the limit (PDI < 0.2) and the core size (10-13 nm) demonstrated that the NPs are superparamagnetic and they were stabilized via covalente or electrostatic bonding between the iron oxide (Fe-O) on the surface and the cathecolate and thiol groups of the pheomelanin in aqueous medium. In addition, the results obtained for the relaxation time (T1 and T2) indicated that the NPs exhibited potential as a negative (T2) CA, that is, they showed a high value for transverse relaxivity (r2 = 218 mM-1.s-1) in comparison to the longitudinal relaxivity (r1 = 1.6 mM-1.s-1) for the detection of breast cancer using magnetic resonance imaging (MRI). Furthermore, the in vitro testing of the NPs of Fe3O4@Pheo indicated that they satisfy the requirements for non-cytotoxicity (cellular viability up to 100 ppm) toward MCF-7 cells. Appropriate biocompatibility characteristics were also verified by the results obtained from the in vitro assays carried out to determine the uptake by MCF-7 cells.