Avaliação do potencial de materiais eletricamente ativos para o combate ao cancro muscular

Abstract

As metodologias atuais de tratamento de cancros como o rabdomiossarcoma (RMS) apresentam algumas limitações, tendo demonstrado ser pouco eficientes a prevenir a ocorrência de metástases e relapsos em alguns casos. Uma estratégia que tem sido investigada para combater o cancro é a aplicação de estímulos físicos, uma vez que estes são capazes de abrandar a proliferação de algumas células cancerígenas. Com esta finalidade, a utilização de materiais eletroativos, em particular os eletromecânicos, pode ser favorável e prática, pois estes permitem que a estimulação das células seja feita de forma localizada e pouco invasiva. Nesta dissertação, foram produzidos filmes de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) e poli(fluoreto de vinilideno-co-trifluoretileno) (P(VDF-TrFE)) com diferentes concentrações de nanopartículas de magnetite (Fe3O4) e ferrites de cobalto (CoFe2O4). Adicionalmente, foram fabricadas fibras de PVDF não orientadas e fibras de PVDF orientadas com e sem nanopartículas de Fe3O4. Todos estes materiais foram caracterizados a nível morfológico, físico-químico, térmico, mecânico e magnético. Por fim, o efeito dos materiais desenvolvidos no comportamento das células de RMS (linha celular RD) foi avaliado através de ensaios celulares em condições estáticas e dinâmicas. Com base na caracterização morfológica, verificou-se que os filmes apresentam uma estrutura compacta sem poros e que o alinhamento das fibras e a incorporação de nanopartículas nas mesmas induziu uma diminuição do seu diâmetro. A avaliação físico-química demonstrou que os filmes possuem uma fração da fase eletroativa β (≈30%) inferior às fibras (80-90%). A partir da análise térmica e mecânica, comprovou-se que a incorporação de nanopartículas provocou uma ligeira diminuição da estabilidade térmica e um aumento do módulo de Young dos materiais. A caracterização magnética revelou que as nanopartículas de Fe3O4 são superparamagnéticas, as nanopartículas de CoFe2O4 são ferromagnéticas e estas possuem magnetizações de saturação de 68,3 e 59,4 emu/g, respetivamente. Os ensaios celulares nos filmes demonstraram que a aplicação de estímulos mecânicos e/ou elétricos promoveu a proliferação celular. Nos filmes de PVDF, não existem diferenças significativas na resposta celular aos diferentes estados de polarização. Nos filmes compósitos, a incorporação de uma maior quantidade de nanopartículas resultou num aumento mais acentuado do crescimento celular. Nas fibras, observou-se que as células de RMS aderiram a todas as amostras. Porém, a adesão foi superior nas fibras não orientadas. Desta forma, comprovou-se que os materiais eletroativos desenvolvidos e os estímulos físicos por eles fornecidos têm a capacidade de influenciar o comportamento das células de RMS, revelando ter um efeito proliferativo neste tipo de células.

The current treatment approaches for cancers such as rhabdomyosarcoma (RMS) present some limitations and have shown to lack efficiency in preventing the occurrence of metastasis and relapses in some cases. A strategy that has been investigated to combat cancer is the application of physical stimuli as those can slow down the proliferation of some cancer cells. For this purpose, the use of electroactive materials can be beneficial and practical since these materials allow the stimulation of cells to be local and minimally invasive. In the present work, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE) films with different concentrations of magnetite nanoparticles (Fe3O4) and cobalt ferrites (CoFe2O4) were produced. Additionally, non-oriented PVDF fibers and oriented PVDF fibers with and without Fe3O4 nanoparticles were fabricated. All these materials were subjected to morphological, physical-chemical, thermal, mechanical and magnetic characterizations. Lastly, the effect of the developed materials on the behaviour of RMS cells (RD cell line) was evaluated through static and dynamic cellular assays. The morphological characterization showed that the films have a compact structure without pores and the fibers alignment and the incorporation of nanoparticles in them induced a decrease in their diameter. The physical-chemical assessment demonstrated that the films possess a smaller electroactive β phase content (≈30%) than the fibers (80-90%). Through thermal and mechanical analysis, it was confirmed that the incorporation of nanoparticles caused a reduction in the thermal stability and an increase in the Young modulus of the materials. The magnetic characterization revealed that the Fe3O4 nanoparticles are superparamagnetic, the CoFe2O4 nanoparticles are ferromagnetic and those have a saturation magnetization of 68,3 and 59,4 emu/g, respectively. The cellular assays performed on the films demonstrated that the application of mechanical and mechano-electrical stimuli promoted the proliferation of RMS cells. Regarding the PVDF films, there were not significant variation in the cellular response to the different states of polarization. In terms of the composite films, the incorporation of a higher quantity of nanoparticles resulted in a greater increase of cell growth. Concerning the fibers, it was observed that the cells adhered to all samples. However, the cell adhesion was superior in the non-oriented fibers. Therefore, it was shown that the developed electroactive materials and the physical stimuli provided by them have the ability to influence the behaviour of RMS cells, revealing that they have a proliferative effect in this type of cells.