Nanopartículas magnéticas de hierro y carbono para aplicaciones en biomedicina

Resumen

Las nanopartículas forman una nueva clase de materiales que poseen unas propiedades únicas que sobrepasan los límites moleculares y el estado sólido masivo. Poseen un amplio rango de tamaños y de variedad formas, con diferentes propiedades magnéticas, electrónicas, ópticas y químicas (Klabunde and Richards 2009). Las nanopartículas se han convertido en el foco fundamental de muchas investigaciones debido a sus numerosas y relevantes aplicaciones en áreas como la catálisis homogénea, comunicaciones ópticas, detección de gases, nanoelectrónica, medicina etc. El trabajo de investigación que se presenta en esta tesis doctoral está dirigido a la síntesis y caracterización fisicoquímica de nanopartículas magnéticas, para aplicaciones en Biomedicina. Por ello se ha dedicado un importante esfuerzo al estudio de su citotoxicidad y de su adecuación como portadores de fármacos guiados magnéticamente. Las nanopartículas estudiadas están compuestas de hierro y carbono. En concreto, se han estudiado dos tipos de nanopartículas core-shell con núcleo de hierro y óxidos de hierro magnéticos recubiertas de carbono (nanopartículas Fe@C y Fe3O4@C), y unas nanopartículas de carburo de hierro. Este trabajo se divide en dos partes: en la primera se presenta un estado del arte sobre los temas centrales de esta tesis doctoral, así como las técnicas experimentales y los materiales utilizados para la síntesis y funcionalización de las nanopartículas magnéticas. En la segunda parte se expone una caracterización exhaustiva de las nanopartículas magnéticas y una comparación de cómo cambian sus propiedades antes y después de su funcionalización con polímeros orgánicos. Por último, se presentan los ensayos in vitro para el estudio de su citotoxicidad y de su capacidad para la adsorción/liberación de fármacos. En el Capítulo I: Introducción se presenta un breve resumen sobre la historia de la nanociencia y la nanotecnología hasta nuestros días, conceptos básicos de magnetismo de nanopartículas y un resumen sobre la síntesis y usos de nanopartículas magnéticas, y del carbono como recubrimiento de nanopartículas. Al final del capítulo se exponen la motivación y los objetivos del estudio llevado a cabo con las nanopartículas core-shell y con las de carburo de hierro. En el Capítulo II: Materiales y métodos se presentan las técnicas experimentales utilizadas para la caracterización de las nanopartículas magnéticas y los ensayos in vitro realizados. También se describen los métodos de síntesis y funcionalización de estas nanopartículas. El Capítulo III: Caracterización físico-química de nanopartículas de Fe@C y Fe3O4@C recoge la caracterización fisicoquímica de las nanopartículas de Fe@C y Fe3O4@C. En el Capítulo IV: Caracterización físico-química de nanopartículas de Fe@C y Fe3O4@C funcionalizadas se presenta la caracterización de las nanopartículas una vez funcionalizadas con los polímeros orgánicos seleccionados. El Capítulo V: Experimentos in vitro abarca los resultados de los experimentos in vitro realizados con las nanopartículas magnéticas de Fe@C y Fe3O4@C (con y sin funcionalización), así como el estudio de su internalización celular, la degradación en el interior de las células y su citotoxicidad. Se presentan también los experimentos de adsorción y desorción de fármacos. En el Capítulo VI: Propiedades físico-químicas de nanopartículas de carburo de hierro Fe2.2C y su funcionalización se presenta el trabajo realizado durante la estancia predoctoral en el LPCNO (Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets, Toulouse, Francia) donde se desarrolló la síntesis, caracterización, funcionalización y puesta a punto de nanopartículas magnéticas de carburo de hierro (Fe2.2C) con el objetivo de utilizarlas para aplicaciones en Biomedicina. Para finalizar, en el Capítulo VII: Conclusiones generales y perspectivas de futuro se presenta un resumen de los objetivos alcanzados y las posibles líneas de trabajo que quedan abiertas a partir de esta tesis doctoral. Referencias Klabunde, K.J., and R.M. Richards. 2009. Nanoscale Materials In Chemistry. 2nd ed.