Síntese de óxido de grafeno com nanopartículas magnéticas para o tratamento por hipertermia magnética de câncer de pele não-melanomático

O câncer de pele não melanoma (CPNM) representa um dos tipos mais prevalentes de câncer, com mais de 1,2 milhão de novos casos registrados em 2022, segundo a GLOBOCAN. Sua alta incidência e potencial para sequelas funcionais e estéticas, demandam novas abordagens terapêuticas mais precisas e menos invasivas. Para encontrar alternativas de terapias mais efetivas, direcionadas e econômicas investigam-se materiais biocompatíveis, estáveis, de baixo custo e com potencial terapêutico. Neste contexto, o óxido de grafeno (OG) surge como uma opção promissora, devido à sua biocompatibilidade, estabilidade, baixo custo e versatilidade de funcionalização como base para o desenvolvimento de materiais para aplicações biomédicas. Este trabalho explorou a síntese e funcionalização do óxido de grafeno com a adição de óxido de ferro magnético e ácido fólico para tratamento de CPNM por hipertermia magnética. O processo sintético para obtenção do óxido de grafeno utilizou o método de Hummers modificado, seguido pela incorporação de óxido de ferro magnético por coprecipitação. A funcionalização foi finalizada com a ligação covalente do ácido fólico à superfície das nanopartículas, empregando-se dois métodos distintos de acoplamento: um em meio não-aquoso via DCC/NHS/DMSO e outro em meio aquoso via EDC/NHS, conferindo ao material propriedades magnéticas, térmicas e biológicas conjugadas na mesma estrutura. A técnica de hipertermia magnética utiliza um campo magnético alternado para gerar calor local, que, por sua vez, produz radicais livres capazes de induzir a morte celular. O ácido fólico, conhecido por sua alta afinidade e especificidade para receptores de folato sobreexpressos na superfície das células cancerosas, direciona a entrega seletiva para o tratamento nas células afetadas. A caracterização dos materiais foi realizada por diversas técnicas, a fim de verificar as propriedades físico-químicas em cada etapa da fabricação. A espectroscopia RAMAN, UV/Vis e FTIR confirmaram a oxidação eficaz do grafite e a estrutura do óxido de grafeno. A difratometria de raios X (DRX) e a microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmaram a presença e morfologia das nanopartículas esféricas de óxido de ferro, bem como, com análises adicionais, atestaram o caráter magnético das folhas de óxido de grafeno. Estas técnicas e métodos de análise também confirmam a modificação e funcionalização da superfície do material com grupos aminossilanos, garantindo a incorporação covalente do ácido fólico. Adicionalmente, a caracterização citológica foi realizada para avaliar a viabilidade celular dos nanomateriais. Os resultados obtidos validam a eficiência do método de síntese e a funcionalização dos materiais, comprovando que a rota sintética estabelecida permite a obtenção de nanopartículas de óxido de grafeno magnético (OGM) e suas variantes funcionais (OGMAF) com as propriedades desejadas para a aplicação em benefício das terapias de hipertermia magnética. A combinação de propriedades magnéticas, capacidade de direcionamento específico e biocompatibilidade do OGMAF sugere seu potencial como estratégia promissora e bem caracterizada para terapias inovadoras no tratamento de CPNM.

Resumo (inglês)

Non-melanoma skin cancer (NMSC) is one of the most prevalent types of cancer, with more than 1.2 million new cases reported in 2022, according to GLOBOCAN. Its high incidence and potential for functional and aesthetic sequelae require new, more precise, and less invasive therapeutic approaches. To find more effective, targeted, and cost-effective therapeutic alternatives, biocompatible, stable, low-cost materials with therapeutic potential are being investigated. In this context, graphene oxide (GO) emerges as a promising option due to its biocompatibility, stability, low cost, and versatility of functionalization as a basis for the development of materials for biomedical applications. This work explored the synthesis and functionalization of graphene oxide with the addition of magnetic iron oxide and folic acid for the treatment of NMSC using magnetic hyperthermia. The synthetic process to obtain graphene oxide used the modified Hummers method, followed by the incorporation of magnetic iron oxide by coprecipitation. Functionalization was completed by covalently attaching folic acid to the nanoparticle surface using two distinct coupling methods: one in a non-aqueous medium via DCC/NHS/DMSO and the other in an aqueous medium via EDC/NHS, conferring magnetic, thermal, and biological properties to the material combined in a single structure. The magnetic hyperthermia technique uses an alternating magnetic field to generate local heat, which in turn produces free radicals capable of inducing cell death. Folic acid, known for its high affinity and specificity for folate receptors overexpressed on the surface of cancer cells, directs selective delivery of the treatment to the affected cells. Material characterization was performed using several techniques to verify the physicochemical properties at each stage of fabrication. RAMAN spectroscopy, UV/Vis, and FTIR confirmed the effective oxidation of graphite and the structure of graphene oxide. X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) confirmed the presence and morphology of spherical iron oxide nanoparticles, and, with additional analyses, confirmed the magnetic nature of the graphene oxide sheets. These analytical techniques and methods also confirmed the modification and functionalization of the material's surface with aminosilane groups, ensuring the covalent incorporation of folic acid. Additionally, cytological characterization was performed to assess the cellular viability of the nanomaterials. The results obtained validate the efficiency of the synthesis method and the functionalization of the materials, demonstrating that the established synthetic route allows the production of magnetic graphene oxide (MGO) nanoparticles and their functional variants (MGOFAs) with the desired properties for application in magnetic hyperthermia therapies. The combination of magnetic properties, specific targeting capacity, and biocompatibility of GMOFAs suggests its potential as a promising and well-characterized strategy for innovative therapies in the treatment of NMSC.

Palavras-chave

Físico-química, Óxido de grafeno, Nanopartículas, Materiais magneticos, Pele câncer

Idioma

Português

Citação

OLIVEIRA, C. B. L. Síntese de óxido de grafeno com nanopartículas magnéticas para o tratamento por hipertermia magnética de câncer de pele não-melanomático. 2025. Dissertação (Mestrado em Química) – Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Araraquara, 2025.