Multifunctional magnetic platform of magnetite functionalized with different ligands for biological applications

Nanopartículas de magnetita oferecem grande potencial para aplicações em biomedicina, na forma de plataformas multifuncionais para terapia e diagnóstico de doenças. Uma em especial é o tratamento de câncer por hipertermia magnética, para a qual se busca partículas com propriedades otimizadas, sendo tanto as intrínsecas, como morfologia e magnetização, quanto as de superfície, através de ligantes que atribuam estabilidade coloidal e potencial de toxicidade seletivo para as células tumorais. Neste trabalho, foram trabalhadas as duas frentes: a síntese das nanopartículas de magnetita e a síntese de polímeros para sua encapsulação em associação a fármacos. Na primeira, dedicada ao desenvolvimento de rota de redução-precipitação, foram avaliados diferentes parâmetros de síntese como temperatura, pH e natureza de reagentes, visando controlar as características dos produtos, e seus resultados foram discutidos com bases nas teorias de nucleação e crescimento. As nanopartículas obtidas são, em geral, de fase principal magnetita, monodispersas, com tamanho em torno de 11 nm, superparamagnéticas e com alto potencial de aquecimento (SAR). As aplicações de etapa de nucleação a 90 oC, excesso de hidroxila de 0,1-0,2 mol/L e envelhecimento da suspensão por 18 h se mostraram eficientes para aumentar o SAR, relacionado ao aumento do tamanho de partícula. Na segunda frente, foram produzidos polímeros baseados na molécula dopamina, devido à sua afinidade à superfície do óxido de ferro, por duas estratégias: sua própria polimerização a polidopamina e seu acoplamento a copolímeros de caprolactona (CL) e 2-metacriloiloxietil fosforilcolina (MPC), em diferentes proporções, obtidos por reação RAFT. Os processos de encapsulação possibilitaram a formação de nanopartículas de magnetita envoltas pelos polímeros, de tamanhos finais em geral menores que 200 nm. A encapsulação de fármaco dexametasona foi realizada com eficiência de encapsulação de 75%, contando com a afinidade do bloco hidrofóbico de CL. As partículas mantiveram suas propriedades de superparamagnetismo e de alto SAR após encapsulação, validando as estratégias para a obtenção de plataformas de compósitos magnéticos para aplicação na área biomédica.Magnetite nanoparticles offer great potential for applications in biomedicine, in the form of multifunctional platforms for therapy and diagnostic of diseases. A special application is the cancer treatment by magnetic hyperthermia, for which are searched particles with optimized properties, being the intrinsic ones, such as its morphology and magnetization, and the surface ones, through the coupling of ligands that attribute colloidal stability and selective toxicity potential against the tumor cells. In this work, the two fronts were studied: the synthesis of magnetite nanoparticles and the synthesis of polymers for their encapsulation in association with drugs. In the first one, dedicated to the development of the reduction-precipitation route, several synthesis parameters were evaluated such as temperature, pH, and nature of reagents, in order to control the characteristics of the products, and their results were discussed according to the nucleation and growth theories. The obtained nanoparticles are, in general, composed of magnetite phase, monodisperse, with size around 11 nm, superpamagnetic, and with high heating potential (SAR). The application of nucleation step at 90 oC, hydroxyl excess of 0.1-0.2 mol/L, and aging of suspension for 18 h were efficient to enhance SAR, which is related to the increase of particle size. In the second front, were produced polymers based on the dopamine molecule, due to its affinity to the iron oxide surface, by two strategies: its own polymerization to polydopamine and its coupling to copolymers of caprolactone (CL) and 2-Methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC), with different proportions, which were obtained by RAFT reaction. The encapsulation processes allowed the formation of magnetite nanoparticles coated by the polymers, with final sizes usually smaller than 200 nm. The encapsulation of the dexamethasone drug was performed with encapsulation efficiency of 75%, based on its affinity to the hydrophobic block of CL. The particles kept their properties of superparamagnetism and high SAR after the encapsulation, validating the strategies to obtain the platforms of magnetic composites for application in the biomedical field