Influenza dei modificatori nel metodo dei polioli sull'ipertermia indotta magneticamente e sulla biocompatibilità delle nanoparticelle di magnetite ultrafine

Jul 21, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7860 (2023) Citare questo articolo

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Le nanoparticelle di magnetite (NP Fe3O4) sono ampiamente testate in varie applicazioni biomediche, inclusa l'ipertermia indotta magneticamente. In questo studio, l'influenza dei modificatori, ovvero urotropina, polietilenglicole e NH4HCO3, su dimensioni, morfologia, effetto di ipertermia indotto magneticamente e biocompatibilità è stata testata per le NP Fe3O4 sintetizzate con il metodo dei polioli. Le nanoparticelle erano caratterizzate da una forma sferica e da una dimensione simile di circa 10 nm. Allo stesso tempo, la loro superficie viene funzionalizzata mediante trietilenglicole o polietilenglicole, a seconda dei modificatori. Le NP Fe3O4 sintetizzate in presenza di urotropina avevano la più alta stabilità colloidale correlata all'alto valore positivo del potenziale zeta (26,03 ± 0,55 mV) ma erano caratterizzate dal più basso tasso di assorbimento specifico (SAR) e potere di perdita intrinseca (ILP). Il potenziale più elevato nelle applicazioni di ipertermia è rappresentato dalle NP sintetizzate utilizzando NH4HCO3, per le quali SAR e ILP erano pari rispettivamente a 69,6 ± 5,2 W/g e 0,613 ± 0,051 nHm2/kg. La loro possibilità di applicazione è stata confermata per un'ampia gamma di campi magnetici e da test di citotossicità. È stata confermata l'assenza di differenze nella tossicità sui fibroblasti dermici tra tutte le NP studiate. Inoltre, non sono stati osservati cambiamenti significativi nell’ultrastruttura delle cellule fibroblastiche a parte il graduale aumento del numero di strutture autofaghe.

Le nanoparticelle di magnetite sono uno dei nanomateriali più promettenti nelle applicazioni mediche in base alle loro proprietà fisico-chimiche e biocompatibilità uniche1,2. Inoltre, le NP Fe3O4 possono essere sintetizzate in varie dimensioni, forme e sotto forma di strutture nucleo-guscio, in cui i gusci possono essere inorganici o a base polimerica3,4,5. I numerosi metodi di sintesi e protocolli di modifica sono stati proposti in letteratura per sintetizzare anche piattaforme multifunzionali dedicate alla nanomedicina. Inoltre, diversi fattori, non solo morfologici, come il drogaggio e la funzionalizzazione superficiale, modificano le proprietà e modificano il campo di applicabilità delle nanoparticelle di magnetite. Nonostante il loro possibile utilizzo in medicina come mezzo di contrasto per la risonanza magnetica, sistemi di somministrazione di farmaci, agenti antitumorali e ipertermia6,7, il loro campo di applicazione è molto più ampio e comprende la catalisi8, l'adsorbimento di metalli pesanti9, l'assorbimento di microonde10 e i supercondensatori11.

La modifica della morfologia delle nanoparticelle di magnetite e della composizione chimica della superficie può essere eseguita durante la fase di sintesi e successivamente. Roca et al.3 hanno dimostrato che la forma delle nanoparticelle può essere controllata in alcuni modi, inclusa la modifica dei precursori della fonte di ferro e l'utilizzo di modificatori organici selezionati. Inoltre, la dimensione e la funzionalizzazione spontanea della superficie delle nanoparticelle di magnetite possono essere controllate nel metodo di co-precipitazione utilizzando vari modificatori organici come destrina e acidi organici (tartarico e citrico)12. Mentre la forma e le dimensioni delle NP Fe3O4 influenzano sia la biocompatibilità che l'effetto di ipertermia indotta magneticamente, la funzionalizzazione della loro superficie consente la sintesi di nanoparticelle idrofobiche o idrofile13,14,15,16. In generale, le nanoparticelle di magnetite dovrebbero essere idrofile nelle applicazioni biomediche per formare una dispersione stabile a base acquosa. Per raggiungere questo obiettivo, la superficie della magnetite può essere rifunzionalizzata oppure si dovrebbero scegliere metodi di coprecipitazione e polioli per sintetizzare nanoparticelle con elevata stabilità colloidale17,18,19. Sebbene il metodo di coprecipitazione sia uno dei più studiati con un alto rendimento di sintesi, le nanoparticelle preparate sono agglomerate e la loro distribuzione dimensionale è ampia. Di conseguenza, il metodo dei polioli è più promettente nelle applicazioni biomediche. In questo caso la superficie delle nanoparticelle può essere funzionalizzata mediante il solvente riducente19 o introducendo nella soluzione di reazione modificatori organici come etilendiammina, (3-amminopropil) trietossisilano e acido citrico20,21,22. Le nanoparticelle di magnetite funzionalizzate possono quindi essere utilizzate come contrasto per la risonanza magnetica o come agente nell'ipertermia indotta magneticamente.