Development of magnetic nanoparticles for biomedical devices

Abstract

In the last decades, magnetic nanoparticles have been developed for biomedical applications, such as medical treatment and imaging. In medical treatment, magnetic nanoparticles have been extensively used in hyperthermia, a treatment that requires the heating of cancer cells but lacks local temperature control, which often leads to damage in healthy cells. This thesis addresses this problem using Fe3Se4 nanoparticles that have a Curie temperature slightly above 40 °C. In medical imaging, the quest for contrast manipulation has been pursued during the last decades. The use of contrast agents is nowadays common when performing an MRI. These contrast agents are molecules, nanoparticles or compounds, that alter the magnetic environment and can later increase or decrease the contrast of the obtained image. Fe3Se4 nanoparticles here presented are also evaluated as contrast agents for MRI. In addition, the development of dual-mode contrast agents represents a new generation, which takes advantage of the two relaxation modes, allowing a higher contrast between healthy and unhealthy tissues. Regarding this, the present thesis also reports the development of a new synthesis approach to yield a dual-mode contrast agent that combines Fe3O4 nanoparticles and a Gadolinium based metal-organic complex. Synthesis and characterizations of all the nanoparticles and Gadolinium complexes are presented, as well as the ecotoxicological and cytotoxic evaluations of the nanoparticles

Nas últimas décadas, as nanopartículas magnéticas têm vindo a ser desenvolvidas para aplicações biomédicas, tais como tratamento médico e imagiologia. Em relação ao tratamento médico, as nanopartículas magnéticas têm sido extensivamente utilizadas em hipertermia, um tratamento que requere o aquecimento de células cancerígenas mas que não possui controlo de temperatura local, o que habitualmente provoca danos em células saudáveis. Esta tese aborda este problema utilizando nanopartículas de Fe3Se4 cuja temperatura de Curie se encontra ligeiramente acima de 40 °C. No que toca à imagiologia médica, nas últimas décadas têm vindo a ser desenvolvidas novas maneiras que permitam a manipulação do contraste. Nos dias de hoje, a utilização de agentes de contraste é comum quando se realiza uma Ressonância Magnética (MRI). Estes agentes de contraste podem ser moléculas, nanopartículas ou compostos, que alteram o ambiente magnético e podem depois aumentar ou diminuir o contraste da imagem obtida. As nanopartículas de Fe3Se4 aqui apresentadas são também avaliadas como agentes de contraste para MRI. Para além disto, o desenvolvimento de agentes de contraste de modo duplo representa uma nova geração, que tira vantagemdos dois modos de relaxação, permitindo um maior contraste entre tecidos doentes e saudáveis. Neste sentido, a presente tese também reporta o desenvolvimento de um novo método de síntese que dá origem a agentes de contraste de modo duplo que combinam nanopartículas de Fe3O4 e complexos organometálicos de Gadolínio. As sínteses e caracterizações de todas as nanopartículas e complexos de Gadolínio são apresentadas, bem como avaliações ecotoxicológicas e citotóxicas das nanopartículas