Contribución a las tecnologías hipertérmicas mediadas por nanopartículas para terapias anticancerígenas

Tras la fusión de la nanotecnología con la medicina y la bioingeniería, se crearon campos de investigación en nanomedicina y nanobioingeniería, lo que amplió la perspectiva de las investigaciones médicas y las nuevas fronteras emergentes. Estas investigaciones han permitido nuevos métodos de abordaje para encontrar soluciones a problemas biológicos humanos de larga data y el desarrollo y administración de diagnósticos terapéuticos o farmacológicos. Para lograrlo, se han desarrollado nanopartículas, que son agentes miniaturizados, los cuales han dado paso a la nanomedicina. Por un lado, las nanopartículas de oro utilizadas en este estudio son nanorods (GNR) recubiertas con proteína G, un receptor común para anclar anticuerpos mecánicamente. El tipo de nanorod utilizado permitió elegir estas nanopartículas de oro, bastante comunes en aplicaciones biomédicas. En la realización de la investigación desarrollada juega un papel de la mayor importancia la hipertermia, la cual se refiere a la aplicación de calor para destruir células malignas por inducción de apoptosis a través de la desnaturalización de proteínas y la ruptura de membranas celulares, con la aplicación de las nanoparticulas de oro se generó hipertermia óptica para mejorar la terapia in-vitro, así como también se realizaron avances considerables in-vivo en modelos animales. En la hipertermia magnética, la conversión de energía electromagnética en calor generado por SPIONs sometidas a campos magnéticos alternos (HAC) se puede utilizar para causar la muerte de células tumorales. Estudios recientes han demostrado que la respuesta magnética, y por lo tanto la eficiencia de calentamiento de SPIONs, se reduce significativamente cuando estas nanopartículas se colocan en líquidos portadores viscosos y dentro de células vivas o tejidos biológicos. La mayor viscosidad del entorno biológico y la distribución espacial o la aglomeración de nanopartículas dentro de los orgánulos intracelulares influyen fuertemente en la eficacia de SPIONs para aumentar la temperatura del medio circundante. Estos factores que surgen de la interacción nanobio hacen que la eficiencia del calentamiento en aplicaciones in-vivo sea menos eficiente y previsible que en los ferrofluídos ideales. Se realizaron avances considerables en ambas técnicas, en hipertermia óptica se investigó hasta obtener mejoras en la introducción de material dispersantes y biocompatible de luz como el silice. Los resultados sugieren una mejora considerable en todas las variables involucradas en el sistema como: potencia irradiada, tiempo de exposición al laser, concentración de nanoparticulas de oro (nanorods) y mantenimiento de la tasa de mortalidad en células cancerígenas (CT2A) frente a líneas celulares consideradas sanas (MC3T3). En el caso de la hipertermia magnética se diseñó y construyó un sistema electrónico que permite generar formas de onda excitadoras distintas a las convencionales (sinusoidales), se realizaron ensayos de tolerancia a las nanopartículas que son empleadas en dicho sistema, así como se demostró el fenómeno físico existente cuando las SPIONs son fagocitadas por las células, aplicando un emulador del interior intracelular y utilizando materiales biocompatibles como la fíbroina de seda de gusano. ----------ABSTRACT---------- After the fusion of nanotechnology with medicine and bioengineering, fields of research in nanomedicine and nanobioengineering were created, which broadened the perspective of medical research and emerging new frontiers. These investigations have allowed new methods of approach to find solutions to long-standing human biological problems and the development and administration of therapeutic or pharmacological diagnoses. To achieve this, nanoparticles have been developed, which are miniaturized agents, which have given way to nanomedicine. The gold nanoparticles used in this study are nanorods (GNR) coated with G protein, a common receptor for mechanically anchoring antibodies. In this research hyperthermia plays a role of greatest importance which refers to the application of heat to destroy malignant cells by induction of apoptosis through the denaturation of proteins and the rupture of cell membranes. The application of gold nanoparticles generated by optical hyperthermia improve in-vitro therapy, and considerable advances were made in-vivo for animal models. In magnetic hyperthermia, the conversion of electromagnetic energy into heat generated by SPIONs subjected to alternating magnetic fields (HAC) can be used to cause the death of tumor cells. Recent studies have shown that the magnetic response, and therefore the heating efficiency of SPIONs, are significantly reduced when these nanoparticles are placed in viscous carrier liquids and within living cells or biological tissues. The higher viscosity of the biological environment and the spatial distribution or agglomeration of nanoparticles within the intracellular organelles strongly influence the efficacy of SPIONs to increase the temperature of the surrounding medium. These factors that arise from the nanobio interaction make the heating efficiency in in-vivo applications less efficient and predictable than in ideal ferrofluids. Considerable advances were made in both techniques, in optical hyperthermia it was included until obtaining improvements in the introduction of dispersant material and biocompatible light such as Silice. The results suggested a considerable improvement in all the variables involved in the system such as irradiated power, time of exposure to the laser, concentration of gold nanoparticles (nanorods) and maintaining the mortality rate in cancer cells (CT2A) against cell lines considered healthy (MC3T3). In the case of magnetic hyperthermia, an electronic system was designed and built to generate excitatory waveforms different from conventional ones (sinusoidal), tolerance tests were carried out on the nanoparticles that will be used in the system. Also, it was demonstrated the existing physical phenomenon when the SPIONs are phagocytized by the cells, applying an intracellular interior emulator using biocompatible materials such as worm silk fibroine