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Authors
Abstract(s)
Nowadays, cancer is a leading cause of mortality among the worldwide population, for which the currently available treatments display a limited efficacy. Chemotherapy, the main therapeutic approach used for the treatment of this disease, has a sub-optimal effect due to the weak selectivity for cancer cells and rapid degradation of chemotherapeutic agents. Motivated by this alarming scenario, Nanotechnology applied to cancer-related topics has been growing for improving cancer diagnosis and survival rates. In this field, the design of nanoparticles is a promising approach, since these platforms can provide protection to drugs and decrease their interaction with healthy tissues. Among the several materials studied, gold nanoparticles with a mesoporous silica shell are promising hybrid nanostructures for cancer therapy.
In this thesis, nanoparticles composed of a gold core and a silica shell (Au-MSSs) with spherical or rod-like shape were produced, in order to disclose the effect of nanomaterials shape on the nanoparticle properties, such as their drug loading capacity and release profile, biocompatibility, cellular uptake and cytotoxic effect towards cancer cells. Both Au-MSS nanoparticles showed adequate sizes for a possible passive accumulation in tumor tissues. Moreover, the optical properties displayed by Au-MSS rods allowed their application in photothermal therapy. Furthermore, the spherical nanoparticles presented an improved Dox drug encapsulation efficiency (80%) when compared to that of rod-shaped (52%). However, despite the lower Dox loaded in the Au-MSS rods, these particles delivered a higher quantity of drug to cancer cells, which indicates that Au-MSS rods are more uptaken by cancer cells. In addition, the in vitro experiments also revealed that both Au-MSSs demonstrated a higher cytotoxic effect against cancer cells than free Dox, which is crucial for cancer therapy. Moreover, the Dox loaded rod-shaped nanoparticles irradiated with near-infrared light produced an increased therapeutic effect on cancer cells, when compared to the spherical particles, which results from the rods capacity to combine chemo- and photothermal therapeutic actions.
In summary, the results presented in this thesis confirm the effect of nanoparticle shape on its performance on cancer therapy. Further, depending on the desired application, the shape and the type of nanoparticle should be taken into account towards the development of a more personalized and effective therapy.
Na atualidade, o cancro é uma das principais causas de morte da população mundial e para a qual os tratamentos disponíveis demonstram uma ineficácia relativa. Devido a este cenário alarmante, a aplicação da Nanotecnologia na área do cancro tem vindo a crescer a fim de melhorar o diagnóstico e as taxas de sobrevivência associados a esta patologia. Nesta área, as nanopartículas constituem uma abordagem promissora, uma vez que são capazes de prevenir a interação dos fármacos quimioterapêuticos com os tecidos saudáveis. Por outro lado, as nanopartículas previnem ainda a degradação prematura dos fármacos quimioterapêuticos. De entre os vários materiais estudados, as nanopartículas de ouro revestidas com sílica mesoporosa têm mostrado ser estruturas promissoras para a aplicação na terapia do cancro. Contudo, o estudo da influência da morfologia da partícula no desempenho biológico das nanopartículas de ouro revestidas com sílica mesoporosa ainda foi pouco explorado até ao momento. Na presente tese foram produzidas nanopartículas de ouro com um revestimento de sílica mesoporosa (Au-MSSs), com forma esférica ou de bastonete, com o objetivo de estudar o efeito da morfologia na encapsulação e perfil de libertação de um determinado fármaco, biocompatibilidade, internalização celular e citotoxicidade das nanopartículas. Os resultados obtidos demonstraram que ambos os tipos de nanopartículas possuem tamanhos ideais (<200 nm) para a sua possível acumulação passiva no tecido tumoral. Para além disto, as propriedades óticas das Au-MSS em forma de bastonete permitem a sua aplicação na terapia fototermal. Por outro lado, as nanopartículas esféricas apresentaram uma melhor eficiência de encapsulação da doxorrubicina (80%), quando comparadas com as nanopartículas em forma de bastonete (52%). Apesar da menor quantidade de doxorrubicina encapsulada pelas Au-MSS em forma de bastonete, estas têm a capacidade de entregar uma maior quantidade de fármaco às células cancerígenas, devido à sua maior internalização pelas células cancerígenas. Por outro lado, os resultados obtidos in vitro revelaram que ambos os tipos de nanopartículas possuem um efeito citotóxico superior ao da doxorrubicina na sua forma livre. Adicionalmente, as nanopartículas em forma de bastonete quando irradiadas com luz de comprimento de onda próximo do infravermelho produziram um maior efeito citotóxico, o que resulta da sua capacidade de combinar a abordagem de quimioterapia (entrega de doxorrubicina) e de terapia fototermal (produção de calor após irradiação com luz de comprimento de onda próximo do infravermelho). Em suma, neste trabalho foi feito o primeiro estudo comparativo entre Au-MSS com diferentes morfologias, tendo-se verificado que este parâmetro influencia as propriedades terapêuticas apresentadas pelas partículas. A versatilidade apresentada por estes sistemas permite postular a sua futura aplicação no tratamento de diferentes doenças que afetam o ser humano.
Na atualidade, o cancro é uma das principais causas de morte da população mundial e para a qual os tratamentos disponíveis demonstram uma ineficácia relativa. Devido a este cenário alarmante, a aplicação da Nanotecnologia na área do cancro tem vindo a crescer a fim de melhorar o diagnóstico e as taxas de sobrevivência associados a esta patologia. Nesta área, as nanopartículas constituem uma abordagem promissora, uma vez que são capazes de prevenir a interação dos fármacos quimioterapêuticos com os tecidos saudáveis. Por outro lado, as nanopartículas previnem ainda a degradação prematura dos fármacos quimioterapêuticos. De entre os vários materiais estudados, as nanopartículas de ouro revestidas com sílica mesoporosa têm mostrado ser estruturas promissoras para a aplicação na terapia do cancro. Contudo, o estudo da influência da morfologia da partícula no desempenho biológico das nanopartículas de ouro revestidas com sílica mesoporosa ainda foi pouco explorado até ao momento. Na presente tese foram produzidas nanopartículas de ouro com um revestimento de sílica mesoporosa (Au-MSSs), com forma esférica ou de bastonete, com o objetivo de estudar o efeito da morfologia na encapsulação e perfil de libertação de um determinado fármaco, biocompatibilidade, internalização celular e citotoxicidade das nanopartículas. Os resultados obtidos demonstraram que ambos os tipos de nanopartículas possuem tamanhos ideais (<200 nm) para a sua possível acumulação passiva no tecido tumoral. Para além disto, as propriedades óticas das Au-MSS em forma de bastonete permitem a sua aplicação na terapia fototermal. Por outro lado, as nanopartículas esféricas apresentaram uma melhor eficiência de encapsulação da doxorrubicina (80%), quando comparadas com as nanopartículas em forma de bastonete (52%). Apesar da menor quantidade de doxorrubicina encapsulada pelas Au-MSS em forma de bastonete, estas têm a capacidade de entregar uma maior quantidade de fármaco às células cancerígenas, devido à sua maior internalização pelas células cancerígenas. Por outro lado, os resultados obtidos in vitro revelaram que ambos os tipos de nanopartículas possuem um efeito citotóxico superior ao da doxorrubicina na sua forma livre. Adicionalmente, as nanopartículas em forma de bastonete quando irradiadas com luz de comprimento de onda próximo do infravermelho produziram um maior efeito citotóxico, o que resulta da sua capacidade de combinar a abordagem de quimioterapia (entrega de doxorrubicina) e de terapia fototermal (produção de calor após irradiação com luz de comprimento de onda próximo do infravermelho). Em suma, neste trabalho foi feito o primeiro estudo comparativo entre Au-MSS com diferentes morfologias, tendo-se verificado que este parâmetro influencia as propriedades terapêuticas apresentadas pelas partículas. A versatilidade apresentada por estes sistemas permite postular a sua futura aplicação no tratamento de diferentes doenças que afetam o ser humano.
Description
Keywords
Ouro Sílica Morfologia da Nanopartícula Terapia do Cancro Radiação próxima do Infravermelho