Promoción de movimientos y rotaciones de partículas magnéticas: Evaluación de su potencial uso en terapia oncológica

• Autores: Mele, Nicolás Germán
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Pasquevich, Gustavo Alberto; Güerci, Alba Mabel
• Materia: Ciencias Exactas; nanopartículas magnéticas; terapia oncológica; viscosidad
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

Las nanopartículas magnéticas (NPM) de óxidos de hierro han mostrado gran potencial en diversas aplicaciones médicas, incluyendo la liberación controlada de fármacos, magnetofección, hipertermia magnética y terapia magneto-mecánica. Esta última consiste en aplicar un campo magnético alterno de baja frecuencia (decenas de Hz) a NPM internalizadas celularmente o en contacto con receptores de membrana y generar estímulos mecánicos. El objetivo versa en la inducción de daño tisular o estimular la síntesis de proteínas o péptidos específicos. Se ha identificado que cuando las NPM se unen a receptores de membrana, el campo magnético aplicado puede inducir su agrupación u oligomerización, activando las vías de señalización celular. En el presente trabajo se sintetizaron NPM de magnetita mediante el método de Massart de coprecipitación de sales de hierro y se caracterizó el movimiento de agregados de partículas ante un campo alterno, a partir de observaciones microscópicas, con el fin de evaluar la aplicación magnetomecánica. Así, se estudiaron dos clases de partículas con nú- cleo de magnetita: una con recubrimiento de ácido cítrico (NPM@AC) y otra recubierta de sílice (NPM@Si). En el primer caso se procuró lograr la internalización celular del material para su eventual aplicación terapéutica. En cuanto a la segunda opción, se apuntó a la caracterización del movimiento de las estructuras en sí, en tanto dado su tamaño micromé- trico, se asemejan a los sistemas de endosomas magnéticos formados en las células cuando estas partículas se internalizan en ellas. Las NPM@AC presentaron un tamaño medio de 12(2) nm, calculado a partir de imágenes TEM, con estructura cristalina de espinela invertida (DRX) y magnetización de saturación MS = 70(4) A m2 kg−1 (VSM). Para evaluar la repetitividad del método de síntesis se realizaron 6 repeticiones de este mismo y se compararon sus características principales. Hubo una dispersión de tamaños del 12 % respecto a la media y la mayor discrepancia se encontró en la relación de las fases oxidativas presentes (magnetita y maghemita), en donde los primeros lotes mostraron proporciones menores de magnetita (43 %, 28 % y 55 %) y los últimos tres una respuesta algo más estable, promediando 63 %. Con respecto a la evaluación de la toxicidad de NPM@AC, en cultivos celulares de la viiviii línea A541, pudo determinarse su inocuidad en el rango de concentraciones entre 50 y 400 µgFe/mL para tratamientos de 1 h. Además, se determinó que la exposición a 100 µgFe/mL durante tiempos más prolongados (1 a 24 h) tampoco ejerce efecto citotóxico. Por otro lado, las NPM@Si mostraron tamaños de 1.4(2) µm y una magnetización de saturación por partícula MS = 4.6x109 µB. Se realizaron observaciones del movimiento de agregados de estas partículas en medios acuosos utilizando un microscopio modificado con bobinas y una cámara asociada. Cabe destacar la utilización de un sistema de dos líquidos inmiscibles que permitieron mantener los agregados en un mismo plano focal, sin que exista roce con el recipiente. El campo magnético aplicado consistió en una componente alterna, generada por las bobinas y una componente permanente perpendicular al alterno, proveniente de imanes de NdFeB. Para poder comparar el movimiento del agregado respecto al campo aplicado era necesario introducir información del mismo al video adquirido. Para esto se desarrollaron dos sistemas que se basaron en generar una señal lumínica o sonora cada vez que el campo alterno era nulo. En cuanto al procesamiento de datos, se desarrollaron programas en ImageJ y Python que tuvieron como fin la segmentación del video en frames, la identificación de cada agregado en el espacio y posteriormente la identificación temporal de cada agregado. El procesamiento devolvió la evolución temporal del ángulo formado por los agregados de partículas magnéticas a diferentes frecuencias del campo magnético externo. Las curvas obtenidas fueron aproximadamente senoidales. Se observó que la amplitud de estas curvas disminuye a medida que aumenta la frecuencia del campo magnético externo. Además, la diferencia de fase entre el movimiento del agregado y el campo se incrementa con el aumento de la frecuencia. También se observó una dependencia proporcional con el tamaño de la partícula y la diferencia de fase. El movimiento de los agregados se modelizó con dos propuestas que consideran los dos torques, magnético y viscoso, y difieren en la interpretación del momento magnético. En el primero se lo considera constante en todo instante, proporcional a la intensidad máxima del campo total aplicado. El segundo modelo considera un cambio temporal del mismo debido a los cambios propios del campo alterno. Si bien el segundo modelo pareciera explicar mejor la fenomenología del sistema, especialmente cuando el campo permanente era nulo, los resultados experimentales se asemejaron más al primer modelo. A partir de aproximaciones de bajo ángulo se llegó a expresiones de trabajo depositada en el medio en cada ciclo del campo y potencia entregada. El trabajo demostró tener un máximo en su dependencia con la frecuencia, que según la configuración de campos utilizada, fue de entre 0.5 a 2 Hz. La potencia mostró una tendencia asintótica cuando laix frecuencia tiende a infinito. Con los campos estudiados se han registrado valores máximos de trabajo por ciclo de hasta 1.5 aJ y potencias de hasta 9.5 aW. Estas energías son comparables con las necesarias para inducir la formación de poros en la membrana celular, según lo expuesto en la bibliografía consultada, pese a que estudios adicionales en medios específicos son necesarios para poder realizar estas afirmaciones con certeza. Sin embargo, resulta prometedor de cara a una aplicación magnetomecánica.
Doctor en Ciencias Exactas, área Física
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas