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Authors
Abstract(s)
Among the different types of cancer, breast cancer is the one that presents the highest
mortality rate among women. This scenario occurs in part due to the low efficacy and
non-specific toxicity of the treatments currently available in the clinic (e.g. surgery,
chemotherapy, radiotherapy). In this way, it is crucial to develop novel therapeutic
strategies to tackle this disease.
Nowadays, researchers have been focused on the development of new nanomaterials for
cancer therapy. Among them, those responsive to near infrared light (NIR;
750 – 1000 nm) have been explored for combinatorial
chemo-photodynamic/photothermal therapy (chemo-PDT/PTT). Upon interaction with
this radiation, these nanomaterials produce reactive oxygen species (PDT) and/or
promote a temperature increase (PTT). These events can damage cancer cells as well as
trigger the release of drugs from nanomaterials’ core.
However, the production of nanomaterials aimed for chemo-PDT/PTT is a complex
process. Generally, first, nanomaterials with photothermal capacity are synthesized, being
then loaded with photosensitizers plus chemotherapeutics and, finally functionalized with
polymers for achieving suitable biological properties.
In this Master dissertation, a novel and straightforward approach to attain the production
of NIR light-responsive nanosystems for cancer chemo-PDT/PTT was established. Such
was accomplished by conjugating poly(2-ethyl-2-oxazoline) to IR780, forming an
amphiphilic polymer that can be assembled into nanoparticles with
photodynamic/photothermal capabilities, that simultaneously encapsulate Doxorubicin
(DOX/PEtOx-IR NPs). The obtained results revealed that the DOX/PEtOx-IR NPs present
a suitable size distribution and surface charge for cancer related applications. Compared
to the PEtOx-IR conjugate, the DOX/PEtOx-IR NPs showed a 2.4-fold higher NIR
absorption. Upon interaction with this radiation, the DOX/PEtOx-IR NPs produced
singlet oxygen as well as a small thermic effect that boosted the release of DOX by up to
1.6-times. Owing to this capacity, in the in vitro studies, the combination of
DOX/PEtOx-IR NPs and NIR light could completely ablate breast cancer cells
(viability < 4 %), demonstrating the enhanced outcome arising from the nanomaterials’
chemo-photodynamic/photothermal therapy.
Atualmente, de entre os diferentes tipos de cancro, o da mama é o que tem uma maior taxa de mortalidade nas mulheres. Este fenómeno deve-se, em parte, à baixa eficácia e toxicidade não específica dos tratamentos utilizados atualmente em meio clínico (p. ex. cirurgia, quimioterapia, radioterapia). Deste modo, é necessário desenvolver novas abordagens terapêuticas mais eficazes para aplicar no tratamento desta doença. Com este objetivo em mente, os investigadores têm desenvolvido novos nanomateriais, sendo que os responsivos à luz na zona do infravermelho próximo (em inglês: Near Infrared (NIR); 750 – 1000 nm), têm demonstrado propriedades adequadas para uso na terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica do cancro. Após interação com luz NIR, estes nanomateriais produzem espécies reativas de oxigénio (Terapia Fotodinâmica) e/ou um aumento de temperatura (Terapia Fototérmica). Estes dois tipos de terapias têm capacidade de danificar as células cancerígenas. Para além disso, também podem despoletar a libertação de fármacos encapsulados nos nanomateriais. No entanto, o desenvolvimento de nanomateriais específicos para aplicação na terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica é um processo muito complexo. De uma forma geral, primeiro é necessário sintetizar nanomateriais com capacidade fototérmica. De seguida, moléculas fotossensibilizadoras e fármacos quimioterapêuticos são encapsulados nestes nanomateriais, e, por vezes, estes podem ainda ser revestidos com polímeros de forma a apresentarem propriedades biológicas adequadas. Na presente dissertação de Mestrado, procedeu-se ao desenvolvimento de uma abordagem inovadora e direta para obtenção de nano-sistemas responsivos à luz NIR com capacidade para aplicação na terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica do cancro da mama. Para tal procedeu-se à conjugação de poli(2-etil-2-oxazolina) ao IR780, o que permitiu a obtenção de um polímero anfifílico capaz de se organizar em nanopartículas com capacidade fotodinâmica/fototérmica, e que, simultaneamente, encapsulam Doxorrubicina (DOX/PEtOx-IR NPs). Os resultados demonstram que as DOX/PEtOx-IR NPs apresentam um tamanho e carga de superfície adequada para aplicações anti-cancerígenas. Comparativamente com o conjugado PEtOx-IR, verificou-se que as DOX/PEtOx-IR NPs apresentam cerca de 2.4-vezes mais absorção na zona do NIR. Após interação com a luz NIR, as DOX/PEtOx-IR NPs produzem espécies reativas de oxigénio bem como uma pequena variação de temperatura que auxilia em cerca de 1.6-vezes na libertação da DOX. Devido a esta capacidade, nos estudos in vitro, a ação combinada das DOX/PEtOx-IR NPs e da luz NIR conseguiu reduzir a viabilidade das células cancerígenas do cancro da mama para apenas 4 %, demonstrando assim o potencial destes nanomateriais para a terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica.
Atualmente, de entre os diferentes tipos de cancro, o da mama é o que tem uma maior taxa de mortalidade nas mulheres. Este fenómeno deve-se, em parte, à baixa eficácia e toxicidade não específica dos tratamentos utilizados atualmente em meio clínico (p. ex. cirurgia, quimioterapia, radioterapia). Deste modo, é necessário desenvolver novas abordagens terapêuticas mais eficazes para aplicar no tratamento desta doença. Com este objetivo em mente, os investigadores têm desenvolvido novos nanomateriais, sendo que os responsivos à luz na zona do infravermelho próximo (em inglês: Near Infrared (NIR); 750 – 1000 nm), têm demonstrado propriedades adequadas para uso na terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica do cancro. Após interação com luz NIR, estes nanomateriais produzem espécies reativas de oxigénio (Terapia Fotodinâmica) e/ou um aumento de temperatura (Terapia Fototérmica). Estes dois tipos de terapias têm capacidade de danificar as células cancerígenas. Para além disso, também podem despoletar a libertação de fármacos encapsulados nos nanomateriais. No entanto, o desenvolvimento de nanomateriais específicos para aplicação na terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica é um processo muito complexo. De uma forma geral, primeiro é necessário sintetizar nanomateriais com capacidade fototérmica. De seguida, moléculas fotossensibilizadoras e fármacos quimioterapêuticos são encapsulados nestes nanomateriais, e, por vezes, estes podem ainda ser revestidos com polímeros de forma a apresentarem propriedades biológicas adequadas. Na presente dissertação de Mestrado, procedeu-se ao desenvolvimento de uma abordagem inovadora e direta para obtenção de nano-sistemas responsivos à luz NIR com capacidade para aplicação na terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica do cancro da mama. Para tal procedeu-se à conjugação de poli(2-etil-2-oxazolina) ao IR780, o que permitiu a obtenção de um polímero anfifílico capaz de se organizar em nanopartículas com capacidade fotodinâmica/fototérmica, e que, simultaneamente, encapsulam Doxorrubicina (DOX/PEtOx-IR NPs). Os resultados demonstram que as DOX/PEtOx-IR NPs apresentam um tamanho e carga de superfície adequada para aplicações anti-cancerígenas. Comparativamente com o conjugado PEtOx-IR, verificou-se que as DOX/PEtOx-IR NPs apresentam cerca de 2.4-vezes mais absorção na zona do NIR. Após interação com a luz NIR, as DOX/PEtOx-IR NPs produzem espécies reativas de oxigénio bem como uma pequena variação de temperatura que auxilia em cerca de 1.6-vezes na libertação da DOX. Devido a esta capacidade, nos estudos in vitro, a ação combinada das DOX/PEtOx-IR NPs e da luz NIR conseguiu reduzir a viabilidade das células cancerígenas do cancro da mama para apenas 4 %, demonstrando assim o potencial destes nanomateriais para a terapia quimio-fotodinâmica/fototérmica.
Description
Keywords
Ir780 Nanomateriais Multifuncionais Nanomateriais Responsivos à Luz Poli(2-Etil-2-Oxazolina) Terapia Combinatória Tripla Terapia Fotodinâmica