Biocompatible magnetic nanoparticles functionalized with folic acid as potential theranostic agent in cancer treatment via magnetohyperthermia

Nanopartículas (NP) superparamagnéticas de óxido de ferro (SPIONs, sigla em inglês) na fase magnetita (Fe3O4), com tamanho entre 8 e 28 nm, foram sintetizadas por uma rota de síntese verde, em meio aquoso (redução-precipitação), desenvolvida pelo nosso grupo de pesquisa. Curvas de histerese magnética demonstraram o comportamento superparamagnético e resultados de hipertermia indicaram potencial de aplicação em biomedicina com taxas de aquecimento da ordem de 1,37 oC/min. A superfície dos SPIONs foi modificada com 3-(aminopropil)trietóxisilano (APTS) e/ou 3-(mercaptopropil)trimetóxisilano (MPTMS), utilizando também uma metodologia verde, onde o meio de reação é uma mistura de água e metanol/etanol. Os parâmetros de síntese foram ajustados para promover a modificação das NP individualmente, evitando sua agregação. Caracterizações envolvendo espectroscopias infravermelho com transformada de Fourier e Raman, estabilidade coloidal (potencial zeta), tamanho hidrodinâmico (DLS), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raios X (DRX), magnetometria de amostra vibrante (VSM) e hipertermia magnética, confirmaram a presença dos organossilanos na superfície das NP. Moléculas de ácido fólico foram modificadas com amino-tiol, para posterior acoplamento na superfície dos SPIONs recobertos com MPTMS promovendo sua biofuncionalização. Análises espectroscópicas confirmaram a formação da ligação amida entre o grupo carboxílico do ácido fólico e o grupo amina da cisteamina. O acoplamento de moléculas de ácido fólico puro (via ligação peptídica) ou modificado com cisteamina (via ligação dissulfeto) na superfície das NP recobertas com organossilanos, permitiu inserir reconhecimento celular com grupos folatos expressados em membranas de células tumorais. As análises espectroscópicas e de estabilidade coloidal comprovaram a funcionalização da superfície dos SPIONs com ácido fólico. A difratometria de raios X das amostras recobertas e funcionalizadas demonstraram que não houve mudança na estrutura da magnetita e os valores das taxas de aquecimentos obtidos pela análise de hipertermia magnética diminuíram conforme adicionou-se novas moléculas na interface nas partículas, entretanto os resultados se mostraram adequados para futura aplicação no tratamento do câncer.Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) in the magnetite phase (Fe3O4), with an average size between 8 and 28 nm, were synthesized by an aqueous green synthesis route (reduction-precipitation) developed in the research group. Magnetic hysteresis curves infer a superparamagnetic behavior, and hyperthermia results indicated potential application in biomedicine with heating rates around 1.37 oC/min. The SPIONs surface was modified with 3 (aminopropyl)triethoxysilane (APTS) or 3 (mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS), also in a green methodology, using a mixture of water and methanol/ethanol. The synthesis parameters were adjusted to promote the surface modification onto individual nanoparticles, avoiding their aggregation. Samples characterizations from Fourier-transform infrared and Raman spectroscopies, colloidal stability (zeta potential), hydrodynamic size (DLS), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetometry (VSM), and magnetic hyperthermia confirmed the presence of the organosilanes on the surface of SPIONs. Folic acid molecules were modified with amino-thiol for subsequent coupling on the surface of MPTMS-coated SPIONs, promoting their biofunctionalization. Spectroscopic analyses confirmed the formation of the amide bond between the folic acid carboxylic group and the amine group of cysteamine. Coupling of pure (via peptide bonding) or cysteamine-modified (via disulfide bonding) folic acid molecules on the surface of organosilane-coated NPs can provide cellular recognition with folate groups expressed on tumor cell membranes. Spectroscopic and colloidal stability analyses confirmed the functionalization of the surface of SPIONs with folic acid with both routes. X-ray diffractometry of the coated and functionalized samples showed no change in the structure of magnetite. The heating rate values obtained by magnetic hyperthermia analysis decreased as new molecules were added on the surface/interface of the nanoparticles; however, the results proved to be suitable for future application in cancer treatment