Upload
cubbase
View
49
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
1/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Nanoparticule multifunctionale pe baza de siliciu pentru
tratamentul cancerului
IMT Bucuresti, Laboratorul de Nanobiotehnologii
Adina Bragaru, Irina Kleps, Teodora Ignat, Mihaela Miu, Monica Simion, Mihai Danila, Florea Craciunoiu
INSB Bucuresti
Mirela Diaconu
IOB Bucuresti
Sabin Cinca, Eugenia Tirifon
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
2/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
In terapia cancerului o problema importanta o constituie distrugerea celulelor canceroase fara sa fie afectate
tesuturile vecine sanatoase.
- Radioterapiaconstituie o metoda prin care tumoarea este iradiata, insa sunt afectate si tesuturile invecinate sanatoase.
- Chemoterapiapresupune utilizarea medicamentelor puternice insa din pacate sunt afectate si alte tesuturi invecinate
datorita toxicitatii ridicate a acestora, iar in multe cazuri pacientul nu poate tolera dozele de medicamente anticancerigene
datorita toxicitatii ridicate.
Cadrul general al cercetarii
Dezvoltarea de noi tehnici prin care substanta activa sa fie eliberata selectiv, direct la organele
afectate, a devenit o etapa importanta pentru a ajunge la tratarea eficienta a cancerului.
S-a dezvoltat un sistem nanostructurat pe baza de siliciu pentru vectorizarea
si cedarea monitorizata a substantelor active biologic, de interes terapeutic.
ContributiaNanostructured silicon particles for medical applications, Kleps Irina, Ignat Teodora, Miu Mihaela, Craciunoiu Florea, Trif
Mihaela, Monica Simion, Adina Bragaru,Journal of Nanoscience and Nanotechnology (JNN), Vol.9, 1-7, 2009;
Study of the Micro- and Nanostructured Silicon for Biosensing and Medical Applications, Irina Kleps, Mihaela Miu, Monica
Simion, Teodora Ignat, Adina Bragaru, Florea Craciunoiu, Mihai Danila, J. Biomed. Nanotechnol. 5, 300-309 (2009)
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
3/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Siliciu porosmodificat cu nanoparticule cu proprietati superparamagnetice (SPION),
acoperit cu strat polimeric biocompatibil si impregnat cu agent terapeutic
Structura sistemului obtinut
Imersie in dextran, 20 h
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
4/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Experimente tehnologice de realizare a diferitor tipuri demicroparticulelor de siliciu nanostructurat
S-au incercat mai multe metode de obtinere a siliciului poros:
-Porozificarea selectiva Si n/p prin masca fotolitografica- Porozificare in mai multi pasi a Si tip p+prin masca fotolitografica- prin masca de Si3N4 deoarece solutia de porozificare esteconcentrata in HF, HF:C2H5OH (3:1) si masca de SiO2 nu rezista.
Imagine optica a microparticulelor
de Si obtinute prin porozificarea
folosind ca masca Si3N4, urmat de
un proces ultrasonare
Imagini SEM ale microparticlulelor de Si nanostructurat
(a) n-epi/p+ Si si (b) n-difuzie in p+Si
0 50 100 150 200 250 3000.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Curent (A)
Potential (V)
Timp (sec)
Curent(A)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Potential(V)
Programul de porozificaremultistrat este: 0.570 A(densitatea de curent9mA/cm2); 10.0 sec si 3.000 A(densitatea de curent 50mA/cm2); 10.0 sec (30 cicluri)
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
5/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Obtinere de microparticule de siliciu poros cu proprietatisuperparamagnetice
Pentru micsorarea dimensiunii nanocristalitelor de Fe si pentru obtinerea magnetitei Fe3O4 (forma de Fe care ii confera proprietati
SPION), experimentele de preparare a Fe au fost realizate utilizand Fe3+/Fe2+ (in raport stoichiometric 1:2), coprecipitarea facandu-se cu
NH4OH la valori de pH alcalin (11 si 12-13).
F e2
+ / F e3
+ + N H4
O H F e3
O4
(a) (b)
Nanoparticule de oxid de fier preparate din saruri Fe3+ si Fe2+ precipitate prin
adaugare de NH4OH: pH 11 (a), pH>11 (b).
Probele de PS impregnate cu nanoparticule de oxid de
fier au fost analizate prin SEM si EDAX.
Analizele SEM - particule de oxid de fier de 30 nm,
neuniform distribuite pe suprafata PS. Nanoparticule de oxid de fier se gasesc si in interiorul
porilor in cazul probelor preparate in prezenta citratului de
sodiu.
Spectru de difractiede raze X pentru PS
cu particule de oxid
de fier
(b)
Imagine SEM (a) si EDAX (b)
a nanoparticulelor de oxid de
Fe pe suprafata PS
(a)
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
6/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Functionalizarea microparticulelor de siliciu in vederea atasariisubstantelor farmacologic active
Functionalizarea microparticulelor de siliciu in vederea atasarii substantelor farmacologic active
SiSi
Si Si
Si Si
B
A
B
A
Spectrul FTIR inregistrat pentrunanoparticula de siliciu dupa tratamentulcu APTES (A) si (B)-nanoparticula de siliciufunctionalizata cu grupari de tip Si-OH
Spectrele FTIR inregistrate pentru A-chitosan; B-nanoparticula
functionalizata cu chitosan A
B
-1400 cm-1 - atat in spectrul inregistrat pentru nanoparticula functionalizata cuchitosan, cat si in spectrul chitosanului se datoreaza vibratiei de intindere dingruparea C-O a alcoolului primar;- In cazul spectrului inregistrat pentru nanoparticula functionalizata cuchitosan se constata o deplasare a benzii de la 1659 cm-1, caracteristicavibratiei de deformare din gruparea N-H si care sugereaza formarea legaturiide tip C=N, datorita agentului de reticulare, glutaraldehida si gruparea -NH2din molecula chitosanului.
- 3430 cm-1vibratia gruparii -NH2.-2928 cm-1vibratia gruparii CH-.-1616 cm-1 si 1509 cm-1 deformarilor gruparii -NH2 dinmolecula de APTES
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
7/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Testarea in vivo a biocompatibilitatii si functionalitiimicroparticulelor de siliciu functionalizate cu chitosan
Cerine de biocompatibilitate - mecanismele prin care nanoparticulele de siliciu genereaz sau nu, anumite efecte asupra organismului
gazd:
- dac induce toxicitate asupraesuturilor nconjurtoare;
- dac deterioreazesutul gazdprin inducerea unui stres mecanic.
Experimentul - pe un numar de 3 loturi sobolani Wistar inoculai intramuscular la nivelul trenului posterior cu 0,2 ml
solutie/animal, urmarindu-se biocompatibilitatea si efectele asocierii dintre chitosan si particulele de siliciu
! nanoparticulele nu sunt hidrosolubile si compatibile cu organismul gazda si raman cantonate la locul de
inoculare
Reactia locala la 48 ore dupa inocularea
nanoparticulelor de siliciu:-reactie de iritabilitate, prurit;
- leziuni hemoragice
La aproximativ o saptamana de la inoculare, efectul iritativ esteredus, cu eliminarea crustelor si cicatrizarea zonei de inoculare
! reactia organismului de a respinge un corp strain
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
8/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Experimente tehnologice de realizare a diferitor tipuri demicroparticulelor de siliciu nanostructurat
Multistraturi de PS obtinute prin corodarea anodica a Si - p+
0 50 100 150 200 250 3000.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Curent (A)
Potential (V)
Timp (sec)
Curent(
A)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Po
tential(V)
Diagrama curent-potential-timp pentru 30 cicluri
(0.570 A: 10.0 sec si 3.000 A: 10.0 sec)
Solutie electrolit - 30% HF
Densitate de curent: > 10 mA/cm2 - 10 sec;
> 100 mA/cm2 - 4 sec150 cicluri
~ 50 nm dimensiunea porilorSolutie electrolit - 30% HF
Densitate de curent: > 9 mA/cm2 - 10 sec;
> 50 mA/cm2 - 10 sec30 cicluri
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
9/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Impregnarea microparticulelor de siliciu cu substante biologic activein vederea studierii procesului de difuzie a microparticulelor
Realizarea si caracterizarea sistemului hibrid
microparticulelor de siliciu / dacarbazina
1000 1500 2000 2500 3000 3500
0,4
0,6
0,8
1,0800
33192964
2869
1921
1662
1499
1269
1384
1327
1192
1030
1039
781
876
Transmitance(%)
Wavenumber (cm-1)
--SiNP-dacarbazine
--dacarbazine
Spectrele IR ale SiNP impregnate cu
medicament comparative cu cel al
medicamentului
- maximele corespunzatoare benzilor specifice legaturii Si-O-Si din particulele de
siliciuin intervalul 1030 - 1039 cm-1.
- vibratia simetrica a gruparii Si-O-Si la 800 si 876 cm-1, precum si prezenta
maximelor de la 1269 si 1384 cm-1 caracteristice dacarbazinei, fapt care indica
impregnarea microparticulelor de siliciu cu medicament.
Realizarea si caracterizarea sistemului hibrid polimer
(dextran)- microparticule de Si medicament
(dacarbazina)
1000 1500 2000 2500 3000 3500
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1087
3355
1647
Transmitance(%)
Wavenumber (cm-1)
--SiNP-dacarbazina-dextran--SiNP-dacarbazina-APTES-dextran
Spectre IR corespunzatoare microparticulelor de siliciu
impregnate cu medicament si inglobate in polimer, cu si fara
functionalizare cu APTES
eficacitatea functionalizarii cu APTES a
microarticulelor de siliciu impregnate cu
medicament.
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
10/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Studiul difuziei de medicament (dacarbazina) in SBF prin
metoda FTIR
a
a, b- spectrul IR in cazul
microparticulelor de Si
difuzate in SBF;
c- variatia transmitantei
in functie de timpul de
diuzie
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Transmitance(%)
Wavenumber (cm-1)
--SiNP-SBF 20h
--SiNP-SBF 25H
--SBF
0 5 10 15 20 25
0,00
0,01
0,02
0,03
Transmitanta(%)
Timpul pentru difuzie (ore)
Rata difuziei microparticulelor in SBF
Domeniul 1
Domeniul 2
950 1000 1050 1100 1150 1200
0,88
0,90
0,92
0,94
1066
1066Transmitance(%)
Wavenumber (cm-1
)
--SiNP-SBF 20h
--SiNP-SBF 25H
--SBF
Domeniul 1 - difuzia de Si prin membrana polimerica, Domeniul 2- degradarea microparticulei de Si fara membrana polimerica
protectoare. Initial procesul de difuzie al medicamentului este lent datorita protejariimicroparticulei de Si cu polimer, dar dupa 20 ore rata de difuzie crestedatorita biodegradarii polimerului
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
11/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
a
Experimente de obtinere a sistemului hibrid de tip SPIONfolosind microparticule de siliciu nanostructurat impregnate cunanoparticule de oxizi de fier cu proprietati superparamagnetice-
medicament- polimerPrepararea nanoparticulelor magnetice de oxid de fier
Imagine SEM ale
nanoparticulelormagnetice de oxid
de fier
Prepararea microparticulelor de siliciu nanostructurat cu
nanoparticule de oxizi de fier cu proprietati
superparamagnetice
20 40 60 80
14000
21000
28000
Fe3O
4(400)
Fe3O
4(311)
Fe3O
4(220)
Fe3O
4(511)
Fe3O
4(440)F
e3
O4
(111)
Si(311)
Si(220)
I[cps]
2 [o
]
Magnetite
SiO2/Magnetite
Glass holder
SiO2, low
Crystobalite,
Si(111)
Analiza prindifractometrie cu
raze X a sistemului
SPION
Modificarea microparticulelor de siliciu de tipSPION cu APTS
600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
TransmitanceT%
Wavenumber cm-1
PSNP-Fe3O4
PSNP-Fe3O4-APTS586
598
29611549
1341
793
Comparatie intre
spectrul IR al
particulelor de tip
SPION simple si
modificate cu APTS
Obtinerea sistemului hibrid de tip SPION
a
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
TransmitanceT%
Wavenumber cm-1
SPION-Dcz-Dextran
Dextran1085
1002
1171
3440
793
1650
2925
1451
1365
Comparatie intre
spectrele IR ale
dextranului si cel al
sistemului SPION-Dcz-
dextran
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
12/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
Testarea in vivo a biocompatibilitatii agentului terapeutic
Studiile in vivo au fost realizate pe sobolani Wistar. Experimentele au fost realizate att pe animele
sntoase, ct i pe animale cu tumori experimentale induse hepatom RS1.In cazul nanoparticulelor acoperite cu Dacarbazin, s-au realizat dou suspensii iniiale, de concentraii 16 mg/ml, respectiv 8
mg/ml; din aceste suspensii s-au administrat cte 0,2 ml/animal
S-au administrat 6 doze, cte 2 doze / saptmn, durata de administrare fiind astfel de 3 sptmni. Animalele uu fost inoculateintramuscular la nivelul trenului posterior, cu 0,2 ml suspensie nanoparticule/ animal, corespunztor diluiilor menionate.
Pentru urmrirea efectelor imediate, din fiecare lot de studiu a fost sacrificat cte un animal la 48 h de la prima administrare, apoi
sacrificarea animalelor s-a efectuat la intervale sptmnale, cu prelevarea de probe biologice.
Sunt prezente imaginile a douanimale - unul din lotul ND2
(animale sntoase tratate cu
nanoparticule acoperite) i unul din
lotul TD animale cu tumori
experimentale. Pentru ambele
animale nu se observ afectri ale
organelor interne.
Aspect organe interne la animal din lotul TD1Aspect organe interne la animal din lotul ND2
! Uoara iritaie local, datorat stresului mecanic de inoculare prezent numai la 2/36 animale la
concentraie maximdispare la maxim 48 h. Examinarea organelor interne ale animalelor sacrificate nu a
relevat prezena de afeciuni, produsele administrate fiind bine acceptate.
5/20/2018 Nanoparticule Multifunctionale Pe Baza de Siliciu Pentru
13/13
A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie 18 mai 2011, Bib lio teca Academiei Romane
! Se poate aprecia c sistemul ce contine microparticulele de siliciunanostructurat de tipul SPION, impreuna cu medicamentul si polimerulbiodegradabil pot aciona ca vectori de transport ai unor produi antitumorali,
rezultat ce sugereazcontinuarea acestui studiu pentru testarea altor compuimedicamentoi legai de nanoparticule, precum i a altor forme de tumoriexperimentale.
Concluzii
Va multumesc pentru atentie!
www.imt.ro/nanosic
Multumiri:
Dr. Adrian Dinescu, IMT Bucuresti Chim. Veronica Schiopu, IMT Bucuresti