Low-Dimensional Assemblies of Magnetic MnFe2O4Nanoparticles and Direct in Vitro Measurements of Enhanced Heating Driven by Dipolar Interactions: Implications for Magnetic Hyperther...

Autores
Sanz, Beatriz; Cabreira Gomes, Rafael; Torres, Teobaldo E.; Valdés, Daniela Paola; Lima, Enio Junior; de Biasi, Emilio; Zysler, Roberto Daniel; Ibarra, Manuel Ricardo; Goya, Gerardo Fabián
Año de publicación
2020
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Magnetic fluid hyperthermia (MFH), the procedure of raising the temperature of tumor cells using magnetic nanoparticles (MNPs) as heating agents, has proven successful in treating some types of cancer. However, the low heating power generated under physiological conditions makes it necessary a high local concentration of MNPs at tumor sites. Here, we report how the in vitro heating power of magnetically soft MnFe2O4 nanoparticles can be enhanced by intracellular low-dimensional clusters through a strategy that includes: (a) the design of the MNPs to retain Néel magnetic relaxation in high-viscosity media, and (b) culturing MNP-loaded cells under magnetic fields to produce elongated intracellular agglomerates. Our direct in vitro measurements demonstrated that the specific loss power (SLP) of elongated agglomerates (SLP = 576 ± 33 W/g) induced by culturing BV2 cells in situ under a dc magnetic field was increased by a factor of 2 compared to the SLP = 305 ± 25 W/g measured in aggregates freely formed within cells. A numerical mean-field model that included dipolar interactions quantitatively reproduced the SLPs of these clusters both in phantoms and in vitro, suggesting that it captures the relevant mechanisms behind power losses under high-viscosity conditions. These results indicate that in situ assembling of MNPs into low-dimensional structures is a sound possible way to improve the heating performance in MFH.
Fil: Sanz, Beatriz. Universidad de Zaragoza. Facultad de Ciencias. Departamento de Física de la Materia Condensada; España. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; España
Fil: Cabreira Gomes, Rafael. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; España
Fil: Torres, Teobaldo E.. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; España. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares; Argentina. Universidad de Zaragoza; España
Fil: Valdés, Daniela Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Fil: Lima, Enio Junior. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Fil: de Biasi, Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Fil: Zysler, Roberto Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Fil: Ibarra, Manuel Ricardo. Universidad de Zaragoza. Facultad de Ciencias. Departamento de Física de la Materia Condensada; España. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; España
Fil: Goya, Gerardo Fabián. Universidad de Zaragoza. Facultad de Ciencias. Departamento de Física de la Materia Condensada; España. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; España
Materia
IN-FIELD CELL CULTURE
LINEAR AGGREGATES
MAGNETIC ANISOTROPY
MAGNETIC FLUID HYPERTHERMIA
MAGNETIC NANOPARTICLES
SPECIFIC LOSS POWER
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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Here, we report how the in vitro heating power of magnetically soft MnFe2O4 nanoparticles can be enhanced by intracellular low-dimensional clusters through a strategy that includes: (a) the design of the MNPs to retain Néel magnetic relaxation in high-viscosity media, and (b) culturing MNP-loaded cells under magnetic fields to produce elongated intracellular agglomerates. Our direct in vitro measurements demonstrated that the specific loss power (SLP) of elongated agglomerates (SLP = 576 ± 33 W/g) induced by culturing BV2 cells in situ under a dc magnetic field was increased by a factor of 2 compared to the SLP = 305 ± 25 W/g measured in aggregates freely formed within cells. A numerical mean-field model that included dipolar interactions quantitatively reproduced the SLPs of these clusters both in phantoms and in vitro, suggesting that it captures the relevant mechanisms behind power losses under high-viscosity conditions. These results indicate that in situ assembling of MNPs into low-dimensional structures is a sound possible way to improve the heating performance in MFH.Fil: Sanz, Beatriz. Universidad de Zaragoza. Facultad de Ciencias. Departamento de Física de la Materia Condensada; España. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; EspañaFil: Cabreira Gomes, Rafael. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; EspañaFil: Torres, Teobaldo E.. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; España. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares; Argentina. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Valdés, Daniela Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. 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