Publicação
Thiol-Maleimide and Ionic dual-crosslinked hydrogels incorporating graphene-based nanomaterials for cancer Chemo-Photothermal Therapy
| datacite.subject.fos | Ciências Médicas::Ciências da Saúde | |
| dc.contributor.advisor | Diogo, Duarte Miguel de Melo | |
| dc.contributor.advisor | Correia, Ilídio Joaquim Sobreira | |
| dc.contributor.advisor | Melo, Bruna Daniela Lopes | |
| dc.contributor.author | Marques, Pedro Henrique Infante | |
| dc.date.accessioned | 2026-01-22T11:26:04Z | |
| dc.date.available | 2026-01-22T11:26:04Z | |
| dc.date.issued | 2025-11-17 | |
| dc.description.abstract | Breast cancer is one of the leading causes of death among women worldwide. The high mortality rate of this type of cancer is associated with the shortcomings of the therapies currently available in the clinic, that comprise surgery, radiotherapy and chemotherapy. Such therapies have associated several side effects and low efficacy. Throughout the years, the scientific community has undertaken extensive research efforts to attain a cure for this disease, namely through the use of nanotechnological approaches. In particular, nanomaterials with photothermal capacity are emerging as an auspicious venue for cancer treatment. Upon Near Infrared (NIR; 750-1000 nm) light irradiation, these nanomaterials absorb the radiation and convert it into heat, inducing hyperthermia-driven damage in cancer cells. Furthermore, these nanomaterials can also be loaded with other therapeutic agents, such as chemotherapeutic drugs, paving the way for combinatorial anticancer therapies. However, the classic intravenous administration route of these nanomaterials is inefficient, since there are several biological barriers that reduce their accumulation in the tumor microenvironment, thus decreasing their therapeutic efficacy. Therefore, the development of novel therapeutical strategies that allow a local delivery of nanomaterials into the tumor site is crucial. In this regard, injectable hydrogels are macroscale delivery systems that are emerging as a technological approach to confine nanomaterials/drugs into the tumor site. Besides controlling the delivery of therapeutic agents, the injectable hydrogels also have a high drug loading capacity and a high water content. These formulations are injected in a liquified form, achieving in situ gelation on the tumor by exploiting different chemical and/or physical cues. In the present Master dissertation, a novel injectable in situ forming hydrogel was developed via Thiol-Maleimide “Click chemistry” and Ionic dual-crosslinkings, and it was subsequently explored for combinatorial Chemo-Photothermal Therapy of breast cancer cells. To accomplish that, Alginate, a natural and biocompatible polysaccharide, was firstly functionalized with thiol groups stemming from cysteine, yielding Thiolated Alginate. Then, the Thiolated Alginate was allowed to react with the synthetic and biocompatible 4arm-PEG-Maleimide (via Thiol-Maleimide “Click chemistry”) and with divalent calcium ions (via ionic interactions), yielding a dual-crosslinked hydrogel. In addition to this, the photothermal agent Dopamine reduced Graphene Oxide (DOPA-rGO) was synthesized and co-loaded in the hydrogel, alongside with the chemotherapeutic drug Doxorubicin (DOX). The obtained results showed that the developed formulations displayed injectability and capacity of gelling in situ through dual-crosslinking. By introducing DOPA-rGO into the dual-crosslinked hydrogels, their degradation and swelling profiles were modulated. The dual-crosslinked hydrogels also generated a local temperature variation upon NIR laser irradiation, which could speedup the DOX release profile by ˜ 1.4 – 1.6-fold. In in vitro studies, the DOPA-rGO loaded dual-crosslinked hydrogel presented cytocompatible profile towards both normal and breast cancer cells. Moreover, the dual-crosslinked hydrogel co-loading DOX and DOPA-rGO only reduced the breast cancer cells’ viability to ˜ 80%, showcasing an outstanding ability to retain the drug within the hydrogel matrix. On the other hand, upon NIR irradiation, the dual-crosslinked hydrogel co-loading DOX and DOPA-rGO was able to decrease the breast cancer cells’ viability to just ˜ 33%. Such ˜ 2.42-times enhanced therapeutic outcome highlighted the capacity of the dual-crosslinked hydrogel co-loading DOX and DOPA-rGO for the Chemo-Photothermal Therapy of breast cancer cells. | eng |
| dc.description.abstract | O cancro da mama é uma das principais causas de morte em mulheres, a nível mundial. A elevada taxa de mortalidade associada a este tipo de cancro é consequência das limitações das terapias atualmente usadas em meio clínico, tais como a cirurgia, a radioterapia e a quimioterapia. Estas modalidades terapêuticas têm associados vários efeitos secundários e uma baixa eficácia terapêutica. Ao longo dos anos, a comunidade científica tem-se focado no desenvolvimento de novas terapêuticas que procuram a “cura” para o cancro, nomeadamente através da utilização de nanotecnologia. Em particular, os nanomateriais com capacidade fototérmica têm revelado propriedades promissoras para aplicação no tratamento do cancro. Após irradiação com luz com comprimento de onda na gama do infravermelho próximo (do inglês Near Infrared (NIR); 750-1000 nm), estes materiais absorvem a radiação e convertem-na em calor, causando danos induzidos por hipertermia no tumor. Além disto, estes nanomateriais podem encapsular outros agentes terapêuticos, como fármacos, o que permite o tratamento de tumores através de terapias combinatórias. Contudo, estes nanomateriais são tipicamente administrados através de via intravenosa. Tal facto limita a sua eficácia terapêutica, uma vez que para alcançar o tumor, estes nanomateriais têm de atravessar várias barreiras biológicas. Assim, é crucial desenvolver novas estratégias terapêuticas que permitam a administração local de nanomateriais no tumor. Os hidrogéis injetáveis, devido às propriedades intrínsecas que apresentam, estão a surgir como veículos promissores com potencial para efetuar a entrega e restringir os nanomateriais/fármacos ao local do tumor. Por outro lado, estes materiais permitem ainda a libertação controlada destes agentes terapêuticos. Estas formulações são injetadas numa forma liquefeita, e sofrem gelificação no local do tumor (gelação in situ) através de interações químicas e/ou físicas altamente especificas. Na presente dissertação de Mestrado, foi desenvolvido um hidrogel inovador com formação in situ, duplamente reticulado através da química “Click” Tiol-Maleimida e de interações iónicas, de forma a ser utilizado em terapia quimio-fototérmica de cancro da mama. Para este propósito foi utilizado o Alginato, um polissacárido natural e biocompatível, que foi primeiramente funcionalizado com grupos tiol provenientes da cisteína, dando origem ao Alginato Tiolado. Posteriormente, o Alginato Tiolado reagiu com o poli(etileno glicol)-Maleimida ramificado (através de uma reação “Click” Tiol-Maleimida) e com iões divalentes de cálcio (por reticulação iónica). Estas reações permitiram a produção de um hidrogel com dupla reticulação. Para além disto, foi também sintetizado um agente fototérmico (Óxido de Grafeno reduzido por ação da Dopamina (DOPA-rGO)). O DOPA-rGO foi posteriormente encapsulado no hidrogel juntamente com o fármaco quimioterapêutico Doxorrubicina (DOX). Os resultados obtidos demostraram que as formulações desenvolvidas são injetáveis e que apresentam capacidade de formar hidrogéis in situ por dupla reticulação. Ao introduzir-se o DOPA-rGO nos hidrogéis com dupla reticulação, o perfil de degradação e de inchaço (swelling) dos mesmos foi modulado. Os hidrogéis duplamente reticulados também geraram um aumento de temperatura após a sua irradiação com luz NIR, o que permitiu acelerar o perfil de libertação da DOX em ˜ 1,4 – 1,6 vezes. Nos estudos in vitro realizados, o hidrogel com dupla reticulação que encapsulou DOPA-rGO apresentou citocompatibilidade, tanto para células normais como em células de cancro da mama. Por outro lado, após irradiação com luz NIR, o hidrogel produzido contendo DOPA-rGO e DOX conseguiu diminuir a viabilidade das células de cancro da mama para ˜ 33%. Este desempenho terapêutico enaltece o potencial do hidrogel duplamente reticulado e com DOX e DOPA-rGO encapsulados para aplicação na terapia quimio-fototérmica de células de cancro da mama. | por |
| dc.identifier.tid | 204137225 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/19732 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | |
| dc.subject | Cancro da mama | |
| dc.subject | Terapia quimio-fototérmica | |
| dc.subject | Nanomateriais da família do grafeno | |
| dc.subject | Hidrogéis Injetáveis | |
| dc.subject | Tiol-Maleimida | |
| dc.subject | Breast Cancer | |
| dc.subject | Chemo-Photothermal Therapy | |
| dc.subject | Graphene family nanomaterials | |
| dc.subject | Injectable Hydrogels | |
| dc.title | Thiol-Maleimide and Ionic dual-crosslinked hydrogels incorporating graphene-based nanomaterials for cancer Chemo-Photothermal Therapy | por |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| person.familyName | Marques | |
| person.givenName | Pedro Henrique Infante | |
| person.identifier.ciencia-id | F51B-62E5-572F | |
| person.identifier.orcid | 0009-0006-4829-8231 | |
| relation.isAuthorOfPublication | 661bf92b-82de-4550-8ac1-79a41a0514bd | |
| relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery | 661bf92b-82de-4550-8ac1-79a41a0514bd | |
| thesis.degree.name | 2º Ciclo em Ciências Biomédicas |
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