Design de plataformas multifuncionais baseadas no sistema NP@MOF (NP = nanopartículas fotoativas, MOF = metal-organic frameworks). Avaliação da potencialidade de uso em hipertemia

Abstract

As Redes Metalorgânicas (Metal-Organic Frameworks, abreviado pelo acrônimo MOFs) são uma classe de polímeros de coordenação porosos formados pela coordenação entre moléculas orgânicas e íons/clusters metálicos. Nesta tese, uma série de MOFs baseados no ligante (i) 2-metilimidazol e íons Zn(II), (ii) 1,3,5-benzenotricarboxílico e íons Fe(III) e (iii) 2-butenodióico e íons Fe(III) foram obtidos, a saber: sistema ZIF-8 (i), MIL-100 (ii) e MIL-88A (iii), respectivamente. Dentro desse contexto, o objetivo central do trabalho foi investigar o uso de diferentes metodologias para a construção de nanoplataformas multifuncionais baseadas no sistema NP@MOF (NP = nanopartículas fotoativas) para serem utilizadas no tratamento de células cancerígenas pelo método de Hipertemia. Sendo assim, dois materiais baseados na partícula azul da Prússia funcionalizados com polivinilpirrolidona (PB-PVP) e citrato (PBcitrato) foram sintetizadas e a propriedade do efeito fototérmico foi investigada sob irradiação de laser no comprimento de 808 nm, variando os parâmetros tempo de irradiação (0 – 600 s) e potência do laser (1,0; 1,5 e 2,0 W cm-2). O trabalho prosseguiu então, no desenvolvimento de uma rota de preparação de três compósitos do tipo core-shell, nos quais o caroço (core) foi constituído pelas partículas fotoativas e a casca (shell), pelas redes metalorgânicas (i) ZIF-8, (ii) MIL-100, (iii) MIL-88A. A partir das técnicas de difração de raios X, imagem de microscopia de transmissão e varredura, espectroscopia por dispersão de elétrons, espalhamento de luz dinâmico e potencial zeta foi possível estabelecer a condição core-shell dos sistemas, o tamanho das partículas e a espessura do shell na superfície das partículas. O fármaco 6-mercaptopurina (6MP), um imunossupressor, foi incorporado no sistema compósito PB-PVP@ZIF-8@6MP pelo método in-situ com uma eficiência de encapsulação de 98,02%. Estudos de liberação controlado do fármaco em meio de solução tampão PBS (pH 5,0 e pH 7,0) indicam uma liberação de 14% em meio ácido (pH 5,0). Além da síntese, caracterização e estudo fototérmico e de liberação de fármaco, foi realizado o revestimento do compósito com membranas celulares de macrófagos (MM), dando origem à plataforma multifuncional PB-PVP@ZIF8@6MP@MM. Além disso, foi possível como esse mesmo material, a formação de bioadesivos a base de polpa de cebola (allium cepa L.) com a produção do material PB-PVP@ZIF8@6MP@FBC como proposta para uso tópico acrescentando propriedades medicinais (características antioxidantes, anticarcinogênicas e antimicrobianas das fibras de cebola) à nanoplataforma. Os materiais PBcitrato@MIL-100(Fe) e PB-PVP@MIL-100(Fe) foram obtidos com sucesso a partir de duas rotas sintéticas distintas: auto-montagem assistida por microondas e auto-montagem do tipo LBL (layer-by-layer). Alguns estudos adicionais ainda foram realizados, mas em sua fase preliminar como a formação do sistema PB-PVP@MIL-88A e a tentativa de obtenção de uma MOF inédita contendo íons Zn(II) e o fármaco 6-mercaptopurina como ligante, denominado de 1(Zn/6MP) e posteriormente PB-PVP@1(Zn/6MP).

Metal-Organic Frameworks (abbreviated by the acronym MOFs) are a class of porous coordination polymers formed by coordination between organic molecules and metal ions/clusters. In this thesis, a series of MOFs based on the ligand (i) 2-methylimidazole and Zn(II) ions, (ii) 1,3,5-benzenetricarboxylic acid and Fe(III) ions and (iii) 2-butenedioic acid and Fe( III) were obtained, namely: ZIF-8 system (i), MIL-100 (ii) and MIL-88A (iii), respectively. Within this context, the central objective of the work was to investigate the use of different methodologies for the construction of multifunctional nanoplatforms based on the NP@MOF system (NP = photoactive nanoparticles) to be used in the treatment of cancer cells using the Hypertemia method. Within this context, the central objective of the work was to investigate the use of different methodologies for the construction of multifunctional nanoplatforms based on the NP@MOF system (NP = photoactive nanoparticles) to be used in the treatment of cancer cells using the Hypertemia method. Therefore, two materials based on the Prussian blue particle functionalized with polyvinylpyrrolidone (PB-PVP) and citrate (PBcitrate) were synthesized and the property of the photothermal effect was investigated under laser irradiation at a length of 808 nm, varying the irradiation time parameters. (0 – 600 s) and laser power (1.0, 1.5 and 2.0 W cm-2). The work then continued, developing a route for preparing three core-shell composites, in which the core was made up of photoactive particles and the shell was made up of metal-organic networks (i) ZIF-8, (ii) MIL- 100, (iii) MIL-88A. Using X-ray diffraction techniques, transmission and scanning microscopy imaging, electron scattering spectroscopy, dynamic light scattering and zeta potential, it was possible to establish the core-shell condition of the systems, the size of the particles and the thickness of the shell on the surface of the particles. The drug 6-mercaptopurine (6MP), an immunosuppressant, was incorporated into the PB-PVP@ZIF-8@6MP composite system by the in-situ method with an encapsulation efficiency of 98.02%. Controlled release studies of the drug in PBS buffer solution (pH 5.0 and pH 7.0) indicate a release of 14% in acidic medium (pH 5.0). In addition to the synthesis, characterization and photothermal and drug release studies, the composite was coated with macrophage cell membranes (MM), giving rise to the multifunctional platform PB-PVP@ZIF8@6MP@MM. Furthermore, it was possible, using this same material, to form bioadhesives based on onion pulp (allium cepa L.) with the production of the material PB-PVP@ZIF8@6MP@FBC as a proposal for topical use, adding medicinal properties (characteristics antioxidants, anticarcinogenic and antimicrobial properties of onion fibers) to the nanoplatform. The materials PBcitrate@MIL-100(Fe) and PB-PVP@MIL-100(Fe) were successfully obtained from two distinct synthetic routes: microwave-assisted self-assembly and layer-by-layer self-assembly. Some additional studies were still carried out, but in their preliminary phase, such as the formation of the PB- PVP@MIL-88A system and the attempt to obtain an unprecedented MOF containing Zn(II) ions and the drug 6-mercaptopurine as a ligand, called 1(Zn/6MP) and later PB- PVP@1(Zn/6MP).