Nanopartículas luminescentes de éster de celulose dopadas com íons de terras raras para detecção de células cancerígenas folato responsivas.

1. Nanopartículas luminescentes de éster de celulose dopadas com íons de
terras raras para detecção de células cancerígenas folato responsivas.
Discente: Guilherme de Freitas Silva
Orientador: Prof. Dr. Jefferson Luís Ferrari
INSTITUTO DE QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA - PPGQUI
Ciências dos Materiais: Química do Estado Sólido
Química Teórica e Físico-Química de Macromoléculas e Colóides
1

2. Justificativa
• O diagnóstico precoce de doenças é parte crucial da prática clínica, especialmente para
câncer.
• A tecnologia de bioimagem médica desempenha papel importante na avaliação precoce
da detecção e resposta terapêutica de várias doenças.
• Para obter informações mais precisas, os agentes de contraste de imagem são
usados ​​para distinguir entre tecido normal e lesões anormais.
2

3. Imagem por
fluorescência (A)
Tomografia
computadorizada
(B)
Ressonância
magnética (C)
Ultrassom (D)
Tomografia
computadorizada
de fótons (E)
Tomografia por
emissão de
pósitrons (F)
3
Modalidades de bioimagem atuais
X. Han, K. Xu, O. Taratula, and K. Farsad, “Applications of nanoparticles in biomedical imaging,” Nanoscale, 2019, doi: 10.1039/C8NR07769J.

4. Técnica de imagem por fluorescência
• Permite analisar processos fisiológicos
em células e órgãos com elevada
resolução.
• Em contraste com outros métodos de
imagem, combina alta resolução
espacial com contraste multiespectral.
• No entanto os materiais convencionais
sofrem de limitações como
instabilidade química, elevada
autofluorescência dos componentes
biológicos da amostra e toxicidade
acumulada.
4
Yokoi, T., Otani, T. & Ishii, K. In vivo fluorescence bioimaging of ascorbic acid in mice: Development of an efficient probe consisting of
phthalocyanine, TEMPO, and albumin. Sci Rep 8, 1560 (2018). 10.1038/s41598-018-19762-8

5. Uso de
nanopartículas
• Emergiram como ferramentas
versáteis em aplicações
biomédicas. Suas dimensões,
variando de 1 a 100 nm são
compatíveis com a escala de
componentes biológicos
• Na bioimagem, as nanopartículas
fluorescentes podem superar as
sondas moleculares tradicionais
como indicadores fluorescentes,
particularmente em termos de
sensibilidade.
5

6. Uso de nanopartículas
• Alto contraste óptico.
• Detecção de componentes específicos de
sistemas complexos.
• Resoluções espaciais e temporais altas
100 nm e escalas de tempo de milissegundos.
• Quantificação de propriedades físicas
(temperatura, campos magnéticos,
deformação) e bioquímicos (pH,
concentração de moléculas e íons) até o
nível subcelular.
6
Sigma Aldrich. Fluorescent Nanomaterials for Bioimaging. Disponível em: sigmaaldrich.com/BR/pt/technical-documents/technical-article/materials-science-and-
engineering/biosensors-and-imaging/fluorescent-nanomaterials-bioimaging. Acesso em: 26 abr. 2023.

7. 7
Funcionamento de NP para deteção biológica
NP
NP
NP
Funcionalização
Receptor alvo especifico
Agente ligante
hv¹
hv²

8. Energia de excitação
na bioimagem
Aplicações biomédicas buscam
operar dentro da primeira
janela biológica na faixa de
650-900 nm,
• Baixo espalhamento
• Mínima absorção de luz
pela hemoglobina e
demais componentes no
tecido biológico
• Maior profundidade de
penetração
8
Zhou, Zijian & Song, Jibin & Nie, Liming & Chen, Xiaoyuan. Reactive oxygen species generating systems meeting challenges of photodynamic cancer therapy. Chemical
Society reviews. 10.1039/c6cs00271d.

9. Proposta do trabalho:
9

10. Desenvolver nanopartículas de ésteres
de celulose dopadas com sistema
luminescente de upconversion
funcionalizadas com pluronic F127 +
ácido fólico
10
Sistema luminescente
Ácido Fólico
Pluronic 127 NP de ester de celulose

11. • Em análises biológicas o uso
comprimentos de onda curtos (UV-Vis)
é desfavorável em razão da
autofluorescência das biomoléculas e
baixa penetração.
• Tal obstáculo se torna menos
expressivo em sistemas de
upconversion capazes de operar com
excitações em comprimentos de onda
menos energéticos.
11
Sistema
luminescente de
upconversion
Lahtinen, S., Wang, Q., & Soukka, T. “Long-Lifetime Luminescent Europium(III) Complex as an Acceptor in an Upconversion Resonance Energy Transfer Based Homogeneous Assay.”
Analytical Chemistry. 10.1021/acs.analchem.5b02228

12. Pluronic F127
• Nome comercial de copolímero tri-bloco
• É um surfactante não-iônico amplamente
utilizado na biomedicina e farmácia
• Possui biocompatibilidade
• Em solução aquosa as moléculas de pluronic
F127 apresentam fenômeno de
automontagem em estruturas miscelares
compostas por uma coroa hidrofílica (PEO) e
um o núcleo composto pelos grupos
hidrofóbicos (PPO) formando e estabilizando
nanopartículas.
12
Jain, T. K., Foy, S. P., Erokwu, B., Dimitrijevic, S., Flask, C. A., & Labhasetwar, V. Magnetic resonance imaging of multifunctional pluronic stabilized iron-oxide nanoparticles
in tumor-bearing mice. Biomaterials, 10.1016/j.biomaterials.2009.08.042

13. Ácido Fólico
Frequentemente empregado como
ligante em sistemas de drug delivery por
conta de seus receptores serem
expressos de maneira excessiva em
muitos tipos de células cancerígenas
enquanto nas células normais sua
contagem é consideravelmente menor
ou indetectável.
13
(Li et al, 2016)

14. Vantagens
• Os materiais upconversion são candidatos promissores para análises de deteção
biológica com alta sensitividade na detecção até mesmo de quantidades diminutas de
material alvo.
• São consistentes com técnicas bem conhecidas de fluorescência
• Combinação com nanopartículas hibridas (estruturas core-shell) com diversas aplicações
nos sistemas biológicos
• Sinal de resposta estável, alta penetração nos tecidos, baixa autofluorescência do
ambiente, resistência de desativação da luminóforo pela radiação e fotoestabilidade.
• O uso de derivados celulósicos é uma opção atrativa por sua biocompatibilidade com
tecidos humanos, baixo custo e extensa literatura quanto à sua manipulação e
modificação
14

15. Objetivos
 Sintetizar nanopartículas de upconversion baseadas em Yb3+ e Tm3+ como doadoras de
energia para complexo de európio.
 Sintetizar o conjugado Pluronic F127-Folato como agente encapsulador das
nanopartículas.
 Obter nanopartículas de acetato de celulose, a partir do método de coprecipitação,
dopadas com Yb e Tm como doadores de energia upconversion para complexo de
európio.
 Analisar as propriedades das nanopartículas para aplicação em bioimagem e terapia
fotodinâmica na faixa do UV-Vis-Infravermelho em células cancerígenas folato
responsivas.
15

16. Metodologia - Conjugação do
Pluronic F127 e ácido fólico.
(1) Ativação do ácido fólico pelo CDI
em DMSO.
(2) Conjugação do CDI-Folato com
Pluronic F127
16
(Vu-Quang et al., 2019)

17. Metodologia - Síntese do sistema upconversion e
complexo de európio
• Para síntese soluções de Cloreto de Yb e Tm em metanol são adicionados ácido oleico e
octadeceno
• Em seguida uma solução de NH4F e NaOH é adicionada.
• Após arrefecimento etanol absoluto e o complexo de európio é adicionado para precipitação de
nanocristais. As nanopartículas são separadas por centrifugação.
17

18. Metodologia - Síntese das nanopartículas de
éster de celulose
• Acetato de celulose e acetato butirato de celulose serão dissolvidos em DMSO/acetona (15:85
v/v).
• As nanopartículas de upconversion serão dissolvidas em acetona serão adicionados na solução
polimérica em temperatura ambiente.
• Separadamente o conjugado PF127-FA será dissolvido em água. As duas soluções serão
combinadas sob vigorosa agitação. Após 12 horas o solvente será evaporado sob vácuo a 50°C.
18
Peng, B et al. Ultrabright fluorescent cellulose acetate nanoparticles for imaging tumors through systemic and topical applications. Materials Today,
10.1016/j.mattod.2018.11.001

19. Materiais finais
19
1. NP de acetato de celulose + Pluronic 127-Folato
2. NP de acetato butirato de celulose + Pluronic 127-Folato
3. NC de NaYF4:Yb,Tm
4. NC de NaYF4:Yb,Tm + Eu[TTA3]
5. NP de acetato de celulose + Pluronic 127-Folato + NC de NaYF4:Yb,Tm
6. NP de acetato de celulose + Pluronic 127-Folato + NC de NaYF4:Yb,Tm + Eu[TTA3]
7. NP de acetato butirato de celulose + Pluronic 127-Folato + NC de NaYF4:Yb,Tm
8. NP de acetato butirato de celulose + Pluronic 127-Folato + NC de NaYF4:Yb,Tm +
Eu[TTA3]

20. Referências
Lahtinen, S., Wang, Q., & Soukka, T. (2016). Long-Lifetime Luminescent Europium(III) Complex as an
Acceptor in an Upconversion Resonance Energy Transfer Based Homogeneous Assay. Analytical
Chemistry, 88(1), 653–658. 10.1021/acs.analchem.5b02228
Zhou, Zijian & Song, Jibin & Nie, Liming & Chen, Xiaoyuan. (2016). Reactive oxygen species generating systems
meeting challenges of photodynamic cancer therapy. Chemical Society reviews. 45. 10.1039/c6cs00271d.
Jain, T. K., Foy, S. P., Erokwu, B., Dimitrijevic, S., Flask, C. A., & Labhasetwar, V. (2009). Magnetic resonance
imaging of multifunctional pluronic stabilized iron-oxide nanoparticles in tumor-bearing mice.
Biomaterials, 30(35), 6748–6756. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.08.042
Hongchang Li, Yuqing Cheng, Yong Liu, Bo Chen, Fabrication of folic acid-sensitive gold nanoclusters for turn-
on fluorescent imaging of overexpression of folate receptor in tumor cells, Talanta, Volume 158, 2016,
Pages 118-124, ISSN 0039-9140, https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.05.038.
Vu-Quang, H., Vinding, M. S., Nielsen, T., Ullisch, M. G., Nielsen, N. C., Nguyen, D.-T., & Kjems, J. (2019).
Pluronic F127-Folate Coated Super Paramagenic Iron Oxide Nanoparticles as Contrast Agent for Cancer
Diagnosis in Magnetic Resonance Imaging. Polymers, 11(4), 743. https://doi.org/10.3390/polym11040743
Peng, B., Almeqdadi, M., Laroche, F., Palantavida, S., Dokukin, M., Roper, J., Yilmaz, O. H., Feng, H., & Sokolov, I.
(2019). Ultrabright fluorescent cellulose acetate nanoparticles for imaging tumors through systemic and
topical applications. Materials Today, 23, 16–25. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2018.11.001
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21. Obrigado
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