@misc{10481/102200,
year = {2025},
url = {https://hdl.handle.net/10481/102200},
abstract = {El cáncer es una de las principales causas de mortalidad a nivel mundial y
representa un gran desafío para mejorar la esperanza de vida. En este contexto, la
nanotecnología ofrece nuevas y prometedoras soluciones, como las relacionadas con
las nanopartículas magnéticas (NPMs), que se presentan como herramientas de gran
interés en el campo de la biomedicina. Estas partículas destacan por su capacidad
de respuesta magnética, lo que les permite ser dirigidas hacia áreas específicas del
cuerpo, desempeñando funciones terapéuticas diversas.
El núcleo de esta investigación se centra en el estudio, caracterización y aplicación
de terapias térmicas utilizando NPMs, así como su rol como agentes transportadores
de fármacos, permitiendo tratamientos más eficaces con dosis menores. Entre las
terapias térmicas destaca la hipertermia magnética, que consiste en la generación
localizada de calor mediante la aplicación de campos magnéticos alternos. Se ha
demostrado que, al aumentar la temperatura de las células tumorales en el rango
de 41-46oC, es posible inducir apoptosis celular. Otra opción es la fototermia, que
utiliza radiación láser a una longitud de onda específica para generar calor. Además,
una alternativa menos explorada es el uso de campos magnéticos rotantes de baja
frecuencia, los cuales no generan calor, pero pueden romper membranas celulares de
forma magneto-mecánica o favorecer la difusión de fármacos.
Para estas aplicaciones se han sintetizado nanoestructuras híbridas que responden
a múltiples estímulos, tanto físicos como biológicos. Desde el punto de vista físico,
se busca optimizar su rendimiento y propiedades. En el aspecto biológico, estas
nanoestructuras están diseñadas para minimizar efectos secundarios y maximizar la
efectividad del tratamiento.
En este trabajo se han diseñado cuatro tipos de nanoestructuras: (i) nanoesferas
de magnetita recubiertas de oro, (ii) nanovarillas magnéticas de 40 nm de
longitud, (iii) nanovarillas magnéticas de 550 nm, con y sin semillas de oro en
la superficie, y (iv) partículas de carbón activo con magnetita. Se realizó una
caracterización completa de cada estructura y se recubrieron con polímeros catiónicos
(polietilenimina) y aniónicos (poliestireno sulfonato), mostrando ser biocompatibles
hasta concentraciones de 300 μg/mL en diversas líneas celulares. Además, se evaluó su eficiencia como agentes de calentamiento frente a diferentes estímulos.
Específicamente, en las nanovarillas de menor tamaño, se observó que la aplicación
tanto de hipertermia magnética como de fototermia redujo la viabilidad celular en más
del 60% en ambos casos.
En cuanto al comportamiento fototérmico de las partículas recubiertas de oro, se
observó un menor calentamiento en el rango del infrarrojo, pero con longitudes de
onda en el espectro azul-verde, la temperatura aumentó hasta 10 veces más. Aunque
estas longitudes de onda son menos penetrantes, podrían ser útiles para tratar tumores
superficiales o accesibles mediante fibra óptica.
Uno de los resultados más relevantes obtenidos fue la terapia dual, que combina
la aplicación de un campo magnético alterno con la irradiación láser simultánea.
Este enfoque permite reducir tanto la intensidad del campo magnético (∼20%, de
21 kA/m a 17 kA/m) como la densidad de potencia del láser (en un 70%), ofreciendo
un tratamiento potencialmente menos dañino, pero igualmente eficaz.
En cuanto a las estructuras de carbón activo con magnetita, se alcanzó una
adsorción del 80% del fármaco antitumoral en 2 horas, mejorando su liberación con
técnicas fototérmicas y campos magnéticos rotantes de baja frecuencia.
Por último, gracias a los experimentos in vitro, se demostró que la localización
intracelular de las NPMs es crucial para mejorar la eficacia del tratamiento
fototérmico, ya que es necesario que las nanopartículas se encuentren dentro de las
células tumorales para maximizar la muerte celular.},
abstract = {Cancer is one of the main causes of mortality worldwide and represents a great
challenge to improve life expectancy. In this context, nanotechnology offers new and
promising solutions, such as those related to magnetic nanoparticles (MNPs), which
are tools of great interest in the field of biomedicine. These particles stand out for
their magnetic responsiveness, which allows them to be directed to specific areas of
the body, performing diverse therapeutic functions.
The core of this research focuses on the study, characterization and application
of thermal therapies using MPNs, as well as their role as drug transporting agents,
allowing more effective treatments with lower doses. Among the thermal therapies,
magnetic hyperthermia stands out, which consists of the localized generation of heat
through the application of alternating magnetic fields. It has been shown that, by
increasing the temperature of tumor cells in the range of 41-46oC, it is possible to
induce cell apoptosis. Another option is photothermia, which uses laser radiation at
a specific wavelength to generate heat. In addition, a less explored alternative is the
use of low-frequency rotating magnetic fields, which do not generate heat, but can
magneto-mechanically rupture cell membranes or enhance drug diffusion.
For these applications hybrid nanostructures capable of responding to multiple
stimuli, both physical and biological, have been synthesized. From the physical
point of view, the objective is to optimize their performance and properties. From
the biological perspective, these nanostructures are designed to minimize side effects
and maximize treatment efficacy.
In this work four types of nanostructures have been designed: (i) gold-coated
magnetite nanospheres, (ii) magnetic nanorods of 40 nm in length, (iii) magnetic
nanorods of 550 nm, with and without gold seeds on the surface, and (iv) activated
carbon particles with magnetite. A complete characterization of each structure
was carried out and they were coated with cationic (polyethylenimine) and anionic
(poly(styrenesulfonate) polymers, showing to be biocompatible up to concentrations
of 300 μg/mL in diverse cell lines. In addition, their efficiency as heating agents
against different stimuli was evaluated. Specifically, in the smaller size nanorods, it
was observed that the application of both magnetic hyperthermia and photothermia reduced cell viability by more than 60% in both cases.
Regarding the photothermal behavior of the gold-coated particles, lower heating
was observed in the infrared range, but with wavelengths in the blue-green spectrum,
the temperature increased up to 10 times higher. Although these wavelengths are less
penetrating, they could be useful for treating superficial or fiber-optically accessible
tumors.
One of the most relevant results obtained was dual therapy, which combines
the application of an alternating magnetic field with simultaneous laser irradiation.
This approach makes it possible to reduce both the intensity of the magnetic field
(∼20%, from 21 kA/m to 17 kA/m) and the laser power density (by 70%), offering a
potentially less damaging but equally effective treatment.
Concerning the activated carbon structures with magnetite, an adsorption of
80% of the antitumor drug was achieved in 2 hours, improving its release with
photothermal techniques and low-frequency rotating magnetic fields.
Finally, through in vitro experiments, it was shown that the intracellular
localization of NPMs is crucial to improve the efficacy of photothermal treatment,
since it is necessary for the nanoparticles to be inside the tumor cells to maximize cell
death.},
organization = {Tesis Univ. Granada.},
organization = {P20_00346. Feder. Junta de Andalucía},
organization = {TED2021- 131855B-I00. MCIN/AEI 10.13039/501100011033 y Next Generation EU/PRTR},
organization = {Programa de Ayudas para Realizar Estancias Breves en Centros de Investigación Nacionales y Extranjeros (P10) del Plan Propio de la Universidad de Granada},
publisher = {Universidad de Granada},
title = {Nanoestructuras híbridas y anisotrópicas para aplicaciones biomédicas},
author = {Lázaro Callejón, Marina},
}