Desenvolvimento de nanomagnetogéis para aplicações biomédicas

Abstract

O desenvolvimento de nanosistemas inteligentes tem suscitado grande interesse na área da nanomedicina devido às suas potenciais aplicações biomédicas. Estes são sistemas de libertação controlada capazes de direccionar o agente activo para o local de interesse e aí controlar o seu perfil de libertação. No presente trabalho, nanopartículas magnéticas de óxido de ferro, γ-Fe2O3 (maguemite), foram estabilizadas com um nanogel de dextrino, que foi previamente sintetizado e caracterizado. A maguemite apresenta propriedades superparamagnéticas, ou seja, as nanopartículas permanecem dispersas e estáveis após remoção do campo magnético, uma vez que não retêm o magnetismo, podendo ser direccionadas através da aplicação de um campo magnético externo. Estas nanopartículas superparamagnéticas têm ainda a capacidade de diminuir os tempos de relaxação dos protões das moléculas de água presentes nos tecidos, actuando como agente de contraste em imagiologia de ressonância magnética (IRM). A sua aplicação sem revestimento, em organismos, encontra limitações devido ao seu tamanho e estabilidade, assim como ao reconhecimento por parte do sistema fagocitário mononuclear, que reduz o seu tempo de permanência no organismo, impedindo que as nanopartículas atinjam o alvo. Uma forma de ultrapassar este problema é revestindo as nanopartículas de óxido de ferro com polímeros que lhes confiram estabilidade e protecção in vivo. Os revestimentos poderão também servir de agentes de transporte de moléculas activas, como fármacos. O principal objectivo deste trabalho foi estudar a incorporação/estabilização de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas num nanogel de dextrino, obtendo-se um nanomagnetogel. Foram preparadas diferentes formulações, usando uma quantidade constante de nanogel e variando a quantidade de óxido de ferro. As formulações foram caracterizadas física e quimicamente tendo sido verificado que o tamanho do complexo γ- Fe2O3@nanogel é aproximadamente o mesmo para todas as formulações preparadas (140 nm), assim como a estabilidade é mantida até ao final do tempo de observação (4 semanas). O tamanho foi analisado por DLS, crio- MEV e MET. Verificou-se que para a concentração de nanogel estudada (0,5 mg/mL) a saturação com óxido de ferro ocorre quando se adiciona 2,93 mM de ferro tendo-se estabilizado 1,21 mM de ferro. Estudos de relaxividade apresentaram tempos de relaxação transversal (T2) muito inferiores aos tempos de relaxação longitudinal (T1). Os valores de relaxividade são por isso bastante elevados, característicos de agentes de contraste à base de óxido de ferro. Esta particularidade é especialmente importante quando se pretende uma aplicação como agentes de contraste para IRM. O complexo foi ainda estudado em ensaios de biocompatibilidade. Os ensaios de MTT revelaram que o nanomagnetogel não comprometeu a viabilidade dos fibroblastos 3T3. Os macrófagos internalizaram o nanomagnetogel 3 h após incubação. O nanomagnetogel desenvolvido demonstrou possuir características interessantes para aplicação como agente de contraste em IRM, podendo ser direccionado após administração intravenosa, por aplicação de um campo magnético externo. O nanomagnetogel foi funcionalizado com um agente quelante que complexa um metal trivalente, como o samário 153 (radioactivo), e caracterizado. Demonstrou-se que será possível realizar estudos de biodistribuição por emissão de raios-γ, após administração intravenosa, com e sem aplicação de um campo magnético numa região específica (por exemplo tumor).

The development of nanosystems has created great interest in nanomedicine due to their diverse biomedical applications. Nanosystems are controlled drug delivery carriers capable of directing the targeting agent to a specific site. In the present study, superparamagnetic iron oxide nanoparticles, γ-Fe2O3 (maghemite) were stabilized in a previously synthesized and characterized, dextrin nanogel. Maghemite is a superparamagnetic material that through application of an external magnetic field can be directed to a desired location. By removal of the externally applied magnetic field they do not retain significant magnetization, thus remaining stable and dispersed. They can also be directed through an external magnetic field. Superparamagnetic nanoparticles are also able to shorten the relaxation times of neighboring protons (water molecules) present in tissues, acting as contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI). Their in vivo application in the absence of a stabilizer (coating agent) presents limitations, for they are easily taken up by the reticuloendothelial system, decreasing the circulation time of the nanoparticles, hindering their purpose. A commitment between size and stability must therefore be achieved to overcome such obstacles. Polymer stabilizers are used as coatings for iron oxide nanoparticles in order to promote stability and in vivo protection. The coatings can also serve as carriers for active molecules such as drugs. The main purpose of this work was to study the loading of superparamagnetic iron oxide nanoparticles inside a dextrin nanogel, thus obtaining a nanomagnetogel. Different formulations were prepared using different volumes of iron oxide and maintaining the nanogel concentration. These formulations were characterized in size and stability. The average size of the nanomagnetogels was approximately 140 nm, according to studies with DLS, cryo-SEM and TEM. For 0.5 mg/mL of nanogel, the maximum iron concentration stabilized was 1.21 mM. Relaxivity studies presented very short transverse relaxation times, which is a particular characteristic of superparamagnetic nanoparticles, and an extremely important feature of contrast agents for MRI. Their biocompatibility was also studied and MTT assays showed that the γ-Fe2O3@nanogel complex does not affect cell viability in 3T3 fibroblasts. The uptake of the complex by macrophages can be inferred by the blue staining inside the cells, after the cells were incubated in the presence of the formulations for 3 hours. The studied nanomagnetogels demonstrated to be good contrast agents for MRI. Nonetheless, it should be interesting to study a higher iron loading inside the nanogel, by increasing the nanogel concentration. Also, the incorporation of a hydrophobic drug inside the hydrophobic domains of the nanomagnetogel should be considered as a possible study subject, as should the biodistribution of the complex through intravenous administration, with or without the appliance of an external magnetic field in the area of interest (e.g. tumour).