Magnetic and fluorescent mesoporous silica nanorods towards liver theranostic uses

Resum

En els darrers anys, les nanopartícules de sílice mesoporosa s’han estudiat àmpliament en nanomedicina com a nanovehicles amb fins diagnòstics i terapèutics. No obstant això, la major part d’aquests estudis s’han centrat en partícules esfèriques, mentre que l’efecte de la forma de les partícules en la toxicitat, la captació cel·lular i la seva biodistribució s’ha estudiat de forma més marginal. La nostra hipótesi de partida és que nanomaterials mesoporosos de sílice en forma de rods podrien presentar una elevada acumulació en el fetge i ser d’utilitat en patologies hepàtiques. En particular, pel diagnòstic i tractament precoç de la malaltia del fetge gras no alcohòlic (NAFLD, segons les seves sigles en anglès), una malaltia amb una prevalença global alta i en constant augment. En aquesta tesi, he sintetitzat i caracteritzat exhaustivament rods de sílice mesoporosa de mida ben definida i amb dues relacions d’aspecte. Els rods poden dotar-se de càrregues superficials diferents, vàries funcionalitats i tenen una potencial capacitat terapèutica. He estudiat la seva la toxicitat, captació cel·lular i biodistribució utilitzant models in vitro i in vivo. He pogut confirmar la seva aplicabilitat com a agents de contrast en dues tècniques d’imatge mèdiques i la seva alta acumulació en el fetge. La tesi comença amb una discussió de l’estat de l’art sobre l’ús de partícules de sílice mesoporosa en biomedicina i d’estudis recents sobre l’efecte de la forma de les partícules en l’efectivitat dels nanovehícles de sílice, així com de les estratègies actuals de diagnòstic i tractament de la NAFLD. La part experimental comença amb la síntesi de rods de sílice i la seva caracterització. A continuació, exploro estratègies per carregar els rods amb diferents espècies químiques, caracteritzant el material en termes d’eficiència de càrrega, estructura cristal·logràfica, composició química i propietats magnètiques. Els rods es van funcionalitzar sintetitzant nanopartícules a l’interior dels porus de la sílice. En particular, he abordat la síntesi de nanopartícules magnètiques de gamma-Fe2O3 com a agents de contrast per ressonància magnètica. Altres estratègies de funcionalització inclouen la síntesi de ceria com un potencial agent terapèutic i assajos per a la incorporació d’agents de contrast de tomografia computeritzada i ultrasonografia en els rods de sílice. També es descriu l’ús dels rods com nanomotors catalítics autopropulsats. En la part següent de la tesi, descric la funcionalització de la superfície de la sílice amb grups amina que doten els rods de càrrega superficial positiva i faciliten l’ancoratge de fluoròfors de diferents longituds d’ona d’emissió (fluorescamina i cianina 5). A aquesta part, li segueix l’anàlisi de la toxicitat, absorció i biodistribució in vitro i in vivo dels rods de sílice. La toxicitat s’avalua mitjançant estudis de viabilitat realitzats en cèl·lules hepàtiques de peix zebra i humanes, així com mitjançant estudis in vivo en larves de peix zebra i rosegadors. També s’estudia la captació dels rods per cèl·lules hepàtiques in vitro i la seva biodistribució en diferents òrgans in vivo. La tesi finalitza amb unes conclusions generals i propostes sobre possibles direccions futures d’aquest treball.

Data del Ajut	22 d’oct. 2021
Idioma original	Anglès
Supervisor	Marti Gich Garcia (Tutor/a)