Coating of magnetite nanoparticles with chitosan for magnetic hyperthermia

Abstract

O cancro é uma das doenças com maior ocorrência na população mundial e com uma elevada taxa de mortalidade. Os principais problemas na luta contra o cancro prendem-se com a dificuldade de diagnóstico precoce, a citotoxicidade associada aos fármacos anticancerígenos usados em quimioterapia convencional e a falta de tratamentos mais eficazes. Com o advento da nanotecnologia, tem havido um crescente interesse na aplicação de nanopartículas e nanoestruturas, nas mais diversas áreas da ciência, nomeadamente em aplicações biomédicas. Neste contexto em particular, as nanopartículas magnéticas apresentam propriedades interessantes, por exemplo, em sistemas de libertação controlada de fármaco e em hipertermia. A sua aplicação em áreas relacionadas com a saúde, como o tratamento de cancro por hipertermia magnética, passa necessariamente por uma boa caracterização das suas propriedades e pela correta avaliação das suas capacidades de libertação de energia sob a forma de calor por indução magnética. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo a síntese de nanopartículas de magnetite devido a sua compatibilidade com o organismo humano e propriedades magnéticas. No entanto, devido ao seu elevado grau de agregação assim como facilidade de oxidação em meios aquosos existe uma necessidade de revestir estas partículas. Para tal, foi utilizado um biopolímero: a quitosana. A ligação do revestimento da quitosana ao núcleo do óxido de ferro foi realizada através de dois tipos de ancoragem: através da dopamina, conhecida pela sua grande afinidade aos grupos aminas e através do ácido cafeico, por apresentar uma similaridade estrutural à dopamina. Para a caracterização estrutural e morfológica das partículas recorreu-se à difração de raios-X (DRX), à espetroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier (FTIR), à dispersão dinâmica da luz (DLS), ao Potencial Zeta e à microscopia eletrónica de transmissão (TEM). As propriedades magnéticas foram medidas por magnetometria de SQUID (Superconducting Quantum Interferance Device). Por fim foi avaliada a capacidade das partículas sintetizadas para aplicação em hipertermia magnética.

Cancer is a disease with high incidence in the world population and equally with a high mortality rate. The main problems in the fight against cancer are linked to the difficulty of early diagnosis, the cytotoxicity associated with anticancer drugs used in conventional chemotherapy and the lack of more effective treatments. With the advent of nanotechnology, there has been increasing interest in the application of nanoparticles and nanostructures, in several areas of science, such as biomedicine. In this context, the magnetic nanoparticles have interesting properties in controlled drug release systems and hyperthermia. Its application in areas related to health, such as the treatment of cancer by magnetic hyperthermia, necessarily requires a good characterization of their properties and the correct assessment of their ability to release energy in the form of heat by magnetic induction. Therefore, this study aimed the synthesis of nanoparticles of magnetite due to their biocompatibility and magnetic properties. However, due to their high degree of aggregation as well as facile oxidation in aqueous media there is a need to coat these particles. For this purpose, a biopolymer was used: chitosan. The binding of the coat to the core of the iron oxide was accomplishment through two types of anchorages molecules: dopamine, knowing for their great affinity with amine groups and through caffeic acid due to structural similarity to dopamine. The structural and morphological characterization was performed using X-ray diffraction (DRX), Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR), dynamic light scattering (DLS), Zeta Potential; thermalgravimetric analysis and transmission electron microscopy (TEM). The magnetic properties were studied using a Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometer. Finally, we evaluated the ability of some of the synthesized NPs for use in magnetic hyperthermia.