Diogo, Duarte Miguel de MeloCorreia, Ilídio Joaquim SobreiraPouso, Manuel António do RosárioCunha, João Pedro Rolo da2026-01-222026-01-222025-11-20http://hdl.handle.net/10400.6/19737Breast cancer is among the foremost causes of mortality on a global scale, exemplifying the disease's resilience and adaptability. The conventional clinical approaches, notably encompassing surgery, radiotherapy, chemotherapy, and immunotherapy, present significant limitations: subpar efficacy and adverse events/side effects. In view of these challenges, it is crucial to develop innovative strategies that can contribute for reducing the mortality rates related to breast cancer. In recent years, strategies based on nanomaterials for chemo-photothermal therapy have started to light the path, showcasing promising results in cancer treatment. The unique physical and chemical properties of these nanomaterials enable the encapsulation of chemotherapeutic drugs as well as their journey into the tumor site. In turn, the optical features enable these nanomaterials to absorb light in the near-infrared (NIR) region, deploying a localized heat. The combined action of these two modalities (drug delivery and photoinduced heat) amplifies the destruction of cancer cells. However, the limited capacity of nanomaterials to reach the tumors, following systemic administration, continues to represent a significant impediment to its full therapeutic capacity. The pursuit for overcoming the systemic administration problems has led to the development of injectable in situ forming hydrogels. These injectable hydrogels have the capacity to encapsulate anticancer agents (including drugs and nanomaterials), and to deliver them locally into the tumors. Among these, injectable hydrogels formed in situ by chemical crosslinking have gained popularity due to their stability and greater control over structural and functional properties (e.g., degradation rate, swelling capacity). In particular, injectable in situ forming hydrogels crosslinked by Thiol-Maleimide reaction are emerging due to the advantageous features of this chemistry: chemo-selectivity and rapid kinetics. In this MSc dissertation, a chemically crosslinked injectable in situ forming hydrogel was developed based on the Thiol-Maleimide reaction between thiolated poly(acrylic acid) and 4-arm poly(ethylene glycol)-maleimide. This hydrogel was incorporated with dopamine-reduced graphene oxide (DOPA-rGO; nanosized photothermal agent) and Doxorubicin (DOX; chemotherapeutic drug), being exploited for the chemo-photothermal therapy of breast cancer. The assembled formulations exhibited injectability and capacity to gelate in situ through the Thiol-Maleimide reaction. The degradation studies highlighted the excellent integrity of the hydrogels. Furthermore, the incorporation of DOPA-rGO into the hydrogel enabled the attainment of a minimal and well-controlled swelling. As importantly, the inclusion of DOPA-rGO into the hydrogel allowed a high photothermal effect under NIR irradiation, that also enhanced the release of DOX by up to 1.5-times. In vitro tests displayed the hydrogels’ favorable cytocompatibility. Besides this, the hydrogels incorporating both DOPA-rGO and DOX generated an effect under NIR irradiation that reduced the breast cancer cells’ viability to just ≈25%, hence confirming their chemo-photothermal capacity. In summary, the injectable hydrogels developed in this dissertation, based on the Thiol-Maleimide reaction between thiolated poly(acrylic acid) and 4-arm poly(ethylene glycol)-maleimide, that incorporated DOPA-rGO and DOX, have showcased auspicious results for application in the chemo-phototherapy of breast cancer cells.O cancro da mama é uma das principais causas de mortalidade a nível global, refletindo a resiliência e adaptabilidade desta doença. As abordagens clínicas convencionais, que incluem a cirurgia, a radioterapia, a quimioterapia e a imunoterapia, apresentam limitações significativas, nomeadamente uma baixa eficácia e ocorrência de efeitos secundários. Perante estes desafios, torna-se fundamental desenvolver estratégias inovadoras que possam contribuir para a redução das taxas de mortalidade associadas esta doença. Nos últimos anos, estratégias baseadas na utilização de nanomateriais começaram a demonstrar resultados promissores no tratamento quimio-fototérmico do cancro. As propriedades físicas e químicas únicas destes nanomateriais permitem a encapsulação de fármacos quimioterapêuticos, bem como a sua acumulação no microambiente tumoral. Por sua vez, as características óticas permitem a estes nanomateriais absorver luz com um comprimento de onda na região do infravermelho próximo (em inglês: Near Infrared (NIR)), conduzindo à libertação de um calor localizado. Assim, a ação combinada destas duas modalidades (entrega de fármacos e hipertermia foto-induzida) pode amplificar a destruição das células cancerígenas. No entanto, a capacidade limitada dos nanomateriais em alcançar os tumores, após a sua administração sistémica, continua a representar um impedimento significativo a alcançar o seu pleno potencial terapêutico. Como forma de ultrapassar os problemas associados à administração sistémica dos nanomateriais, os investigadores têm-se focado no desenvolvimento de hidrogéis injetáveis com formação in situ (i.e., no local alvo). Estes hidrogéis injetáveis têm a capacidade de encapsular agentes anticancerígenos (incluindo fármacos e nanomateriais) e de os entregar localmente no tumor. Neste contexto, os hidrogéis injetáveis formados in situ por reticulação química têm ganho popularidade devido à sua estabilidade e maior controlo sobre as suas propriedades estruturais e funcionais (p.ex.:taxa de degradação, capacidade de inchaço). Em particular, os hidrogéis injetáveis formados in situ pela reação Tiol-Maleimida estão a emergir devido às características vantajosas desta reação: seletividade química e rapidez. Nesta dissertação de Mestrado foi desenvolvido um hidrogel injetável com formação in situ por reticulação química, baseado na reação Tiol-Maleimida entre o ácido poliacrílico tiolado e o polietilenoglicol ramificado funcionalizado com maleimida. O óxido de grafeno reduzido por dopamina (DOPA-rGO; nanomaterial com capacidade fototérmica) e a Doxorrubicina (DOX; fármaco quimioterapêutico), foram incorporados no hidrogel e, posteriormente, este sistema foi explorado na terapia químio-fototérmica do cancro da mama. As formulações obtidas exibiram injetabilidade e capacidade de gelificação in situ através da reação Tiol-Maleimida. Por outro lado, os estudos de degradação evidenciaram a excelente integridade estrutural dos hidrogéis. Além disso, a incorporação de DOPA-rGO no hidrogel contribuiu para que se alcançasse um perfil de inchaço mínimo e controlado. A inclusão de DOPA-rGO no hidrogel possibilitou que este compósito gerasse um elevado efeito fototérmico sob irradiação de luz NIR, que também potenciou a libertação da DOX em cerca de 1,5 vezes mais. Os ensaios in vitro demonstraram a citocompatibilidade dos hidrogéis. Para além disso, os hidrogéis contendo simultaneamente DOPA-rGO e DOX, sob irradiação NIR, reduziram a viabilidade das células de cancro da mama para apenas ≈25%, confirmando assim a sua capacidade para aplicação em fototerapia-quimioterapia. Com base nos resultados obtidos foi possível verificar que, os hidrogéis injetáveis desenvolvidos nesta dissertação de mestrado, baseados na reação Tiol-Maleimida entre o ácido poliacrílico tiolado e o polietilenoglicol ramificado funcionalizado com maleimida, que incorporaram DOPA-rGO e DOX, têm potencial para aplicação na fototerapia-quimioterapia de células de cancro da mama.engHidrogel injetávelReação Tiol-MaleimidaTerapia Quimio-fototérmicaCancro da mamaÁcido poliacrílicoNanomateriais da família do grafenoAdministração localInjectable hydrogelThiol-Maleimide reactionChemo-photothermal therapyBreast cancerPoly(acrylic acid)Graphene family nanomaterialsLocal deliverymaster thesis204137187