Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas de Ni-Fe-Mo para aplicações biomédicas

Abstract

Resumo: Ao longo dos anos vem crescendo a utilização de nanopartículas magnéticas (NPMs) em diversas áreas, como agricultura, meio ambiente e também biomedicina. As NPMs, em especial os óxidos de ferro, podem ser utilizadas para realizar a entrega controlada de fármacos, melhorar a resolução na obtenção de imagens por ressonância magnética e também em tratamento por magneto-hipertermia. Existem algumas barreiras na utilização de nanopartículas magnéticas como estabilidade em meio aquoso, biodistribuição das partículas, aglomeração por efeito magnético e eliminação das partículas por rins e fígado. Existe uma classe de partículas que apresentam propriedades magnéticas superiores aos óxidos de ferro e podem ser uma opção no combate ao câncer. Estas partículas são chamadas de Supermalloy. Neste sentido, este trabalho se propõe a sintetizar NPMs de 79Ni15Fe6Mo (Supermalloy) por coprecipitação e estudar as características morfológicas, estruturais, magnéticas e também o comportamento biológico destas quando expostas a células cancerígenas, visando potenciais aplicações biomédicas. As NPMs foram caracterizadas por MEV, MET, difratometria de raios X, magnetometria e termogravimetria. Através do MET foram observados aglomerados de NPMs, amorfas de 3-5 nm que formam aglomerados com formato esférico e tamanho médio de (28 ± 8) nm. Para aumentar a cristalinidade foram realizados tratamentos térmicos com temperaturas variando entre (400 – 1.000) °C. Estes tratamentos térmicos promoveram crescimento dos aglomerados chegando a (60 ± 20) nm na temperatura de 1000 °C. As técnicas de difratometria de raios X e SAED confirmaram que as NPMs, como sintetizadas, possuem ordem de curto alcance (<1 nm). A temperatura que promove a maior cristalinidade, sem aumentar significativamente o tamanho médio dos cristais, foi de 800 °C. A magnetometria revelou que as partículas de 79Ni15Fe6Mo são paramagnéticas e que nas amostras tratadas a 1.000°C elas apresentam elevada magnetização de saturação (63,2 emu/g), baixa remanência (18 %) e baixo campo coercivo (158 Oe). As NPMs foram submetidas a testes de estabilidade e biocompatibilidade com exposição a fibroblastos, macrófagos e células de melanoma (B16-F10). Após 3 dias de incubação em meio biológico não foram observados precipitados. Fibroblastos, macrófagos e células B16-F10 foram dispostos em 8 concentrações de NPMs (de 0,4 µg/mL a 4 µg/mL). Concentrações de NPMs até 0,4 µg/mL não interferem na viabilidade celular. As NPMs reduziram a densidade de macrófagos e a viabilidade das células B16-F10, ambos em 32%, não ultrapassando o limiar de biocompatibilidade. As NPMs sintetizadas mostraram-se candidatas potenciais para futuras aplicações biomédicas

Abstract: Over the years, the use of magnetic nanoparticles (NPMs) has been growing in several areas, such as agriculture, environment and also biomedicine. NPMs, especially iron oxides, can be used to perform controlled drug delivery, improve resolution in magnetic resonance imaging and also in magnetohyperthermia treatment. There are some barriers in the use of magnetic nanoparticles such as stability in aqueous media, biodistribution of particles, agglomeration by magnetic effect and elimination of particles by kidneys and liver. There is a class of particles that have magnetic properties superior to iron oxides and may be an option in the fight against cancer. These particles are called Supermalloy. In this sense, this work proposes to synthesize NPMs of 79Ni15Fe6Mo (Supermalloy) by coprecipitation and to study their morphological, structural, magnetic characteristics and also their biological behavior when exposed to cancer cells, aiming at potential biomedical applications. NPMs were characterized by SEM, TEM, X-ray diffraction, magnetometry and thermogravimetry. Through TEM, agglomerates of NPMs were observed, amorphous of 3-5 nm that form clusters with spherical shape and average size of (28 ± 8) nm. To increase the crystallinity, thermal treatments were carried out with temperatures ranging from (400 – 1,000) °C. These thermal treatments promoted agglomerate growth reaching (60 ± 20) nm at a temperature of 1,000 °C. X-ray diffraction and SAED techniques confirmed that NPMs, as synthesized, have short-range order (<1 nm). The temperature that promotes the highest crystallinity, without significantly increasing the average crystal size, was 800 °C. Magnetometry revealed that the 79Ni15Fe6Mo particles are paramagnetic and that in the samples treated at 1,000°C they present high saturation magnetization (63.2 emu/g), low remanence (18 %) and low coercive field (158 Oe). NPMs were subjected to stability and biocompatibility tests with exposure to fibroblasts, macrophages and melanoma cells (B16-F10). After 3 days of incubation in biological medium, no precipitates were observed. Fibroblasts, macrophages and B16-F10 cells were arranged in 8 concentrations of NPMs (from 0.4 µg/ml to 4 µg/ml). Concentrations of NPMs up to 0.4 µg/mL do not interfere with cell viability. NPMs reduced macrophage density and B16-F10 cell viability, both by 32%, not exceeding the biocompatibility threshold. The synthesized NPMs proved to be potential candidates for future biomedical applications