Ανάπτυξη υβριδικών κολλοειδών μαγνητικών νανοκρυσταλλιτών, μελέτη και βελτιστοποίηση ιδιοτήτων για βιοϊατρικές εφαρμογές
Authors: Κολοκυθάς-Ντούκας Αργύριος 
Published: November 2023

Η ανάπτυξη theranostic συστημάτων βασισμένα σε μαγνητικά νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου (MIONs) έχει δείξει ιδιαίτερη δυναμική λόγω της βιοσυμβατότητας τους και της πολύ-λειτουργικότητας του μαγνητικού τους πυρήνα. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη και βελτιστοποίηση εξελιγμένων μαγνητικών νανοσωματιδίων ώστε να ενσωματώνουν πολλαπλές λειτουργείες με άμεσο ενδιαφέρον σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Βάση αυτής της μελέτης αποτέλεσε η σύνθεση μαγνητικών νανοφορέων κολλοειδών νανοπλειάδων πυκνής διάταξης (condensed CNCs) επικαλυμμένων με αλγινικό (MagAlg) και η ακόλουθη επιφανειακή τους τροποποίηση. Τα παραγόμενα συστήματα συνδυάζουν πλήθος ιδιοτήτων, όπως πολύ υψηλή κολλοειδή σταθερότητα, ισχυρή παραγωγή θερμότητας μέσω φωτοδιέγερσης ή εφαρμογής εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων, εύκολη χημική τροποποίηση για σύζευξη βιοενεργών μορίων, προσφέροντας ταυτόχρονα και υψηλή αντίθεση/σήμα για την ανίχνευση τους μέσω πολλαπλών μεθόδων απεικόνισης. Αρχικά, μελετήθηκαν μέθοδοι για την επίτευξη στερικής σταθεροποίησης του συστήματος, αφού η καθαρά ηλεκτροστατικής φύσης σταθεροποίηση που προσφέρει το πολυμερικό στρώμα του αλγινικού οδηγεί σε γρήγορη καταβύθιση παρουσία ηλεκτρολυτών αποκλείοντας την in-vivo χρήση του. Προκειμένου να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο διερευνήθηκαν τρόποι σύνδεσης ενός επιπλέον πολυμερικού φλοιού πολύ(αιθυλενογλυκόλης) (PEG), μέσω ομοιοπολικών ή ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων. Και στις δύο περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλα επιλεγμένα διλειτουργικά PEG-συμπολυμερή επιτρέποντας την περαιτέρω χημική τροποποίηση και αξιοποίηση του συστήματος μέσω των ελεύθερων λειτουργικών ομάδων τους. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των παραγόμενων συστημάτων μελετήθηκαν μέσω δυναμικής σκέδασης φωτός, ηλεκτροκινητικών μετρήσεων ζ-δυναμικού, φασματοσκοπίας υπερύθρου και θολερομετρίας προκειμένου να αξιολογηθεί η επιτυχής επιφανειακή τροποποίηση και η σταθερότητα τους σε διαλύματα αυξημένης ιοντικής ισχύος. Επόμενο βήμα αποτέλεσε η σύνδεση μορίων στόχευσης υποδοχέων καρκινικών κυττάρων και χρωστικών με έντονη απορρόφηση και φθορισμό στο εγγύς υπέρυθρο (NIR), καθώς και η αξιολόγηση των συστημάτων στη χρήση τους ως νανοφορέων φαρμακομορίων. Επίσης μελετήθηκαν σε βάθος οι ιδιότητες υπερθερμίας των νανοφορέων μέσω μαγνητικής υπερθερμίας αλλά και φωτοθερμίας. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν την άριστη απόδοση τους και με τις δύο τεχνικές σημειώνοντας υψηλές τιμές PCE (photothermal conversion efficiency) και SLP (specific loss power), ξεπερνώντας σε απόδοση αντίστοιχα συστήματα της βιβλιογραφίας. Παράλληλα, in vitro κυτταρικές μελέτες σε καρκινικές σειρές ανέδειξαν την ενίσχυση της κυτταροτοξικής δράσης των νανοφορέων κατά την ακτινοβόληση του με NIR laser. Τέλος, χάρη στις οπτικές ιδιότητες της NIR χρωστικής και των μαγνητικών ιδιοτήτων του πυρήνα κατέστη δυνατή η αποτελεσματική in vivo απεικόνιση των νανοφορέων μέσω τεχνικών φθορισμού, πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (MRI) και φωτοακουστικής απεικόνισης. Η επιτυχής ενσωμάτωση αυτών των ιδιοτήτων σε μία μόνο πλατφόρμα οδήγησε στην ανάπτυξη πολύ-λειτουργικών μαγνητικών νανοφορέων, ικανών να συνδυάσουν επιτυχώς πληθώρα λειτουργιών διατηρώντας παράλληλα την κολλοειδή τους σταθερότητα σε μέσα βιολογικού ενδιαφέροντος.