Micelas poliméricas contendo pontos quânticos a base de óxido de Zinco com superfície modificada para futura aplicação em diagnóstico e vetorização de fármacos

Abstract

Nos últimos anos, é possível observar um grande interesse no desenvolvimento de sistemas multifuncionais direcionados ao diagnóstico e tratamento do câncer. Estes sistemas também conhecidos como “teranósticos” têm se mostrado interessantes, pois ampliam a capacidade de liberação prolongada de fármacos anticancerígenos em células específicas, além de proporcionar um monitoramento ótico através da luminescência de pontos quânticos. Diante deste contexto, o presente estudo teve como objetivo estabilizar os pontos quânticos a base de óxido de zinco (ZnO) em meio aquoso através da modificação de superfície com o 3-(Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS) e também em meio orgânico através da modificação com o Hexadecyltrimethoxysilane (HTMS), permitindo assim a veiculação do mesmo em micelas poliméricas A ligação entre os pontos quânticos e as moléculas dos modificadores ocorreu através das reações de hidrólise e condensação, utilizando como catalisador básico o hidróxido de lítio. Esta reação conduziu a formação de uma camada de siloxano ao redor das nanopartículas e resultou nas ligações covalentes do tipo ZnO-Si-O. Ainda com o objetivo de aumentar a estabilidade do ZnO em meio orgânico e consequentemente suas propriedades luminescentes, foi sintetizado uma bicamada formada entre o Ácido Oleico (AO) e o HTMS. As modificações na superfície do ZnO foram confirmadas pelas técnicas de espectroscopia vibracional na região do infravermelho e também pela espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X. O comportamento ótico foi feito através da espectroscopia de absorção na região do UV-Vis. Com está técnica, identificou-se o comprimento de onda limite associado ao pico excitônico do ZnO e através do monitoramento deste pico, observou-se estabilidade em água por um período de 15 dias para a grande maioria das amostras de ZnO modificado pelo GPTMS e também para o ZnO modificado pelo HTMS e pela bicamada de AO/HTMS em clorofórmio. O tamanho final dos pontos quânticos foi analisado pela microscopia de transmissão eletrônica, apresentando um tamanho médio entre 3,5- 4nm para as amostras de ZnO modificado pelo GPTMS e de 4,5 nm para as amostras de ZnO modificado pelo HTMS e pela bicamada de AO/HTMS. Com a técnica de difração de raios-X, identificou-se os picos de difração correspondentes a uma estrutura cristalina do tipo Wurtzita. As medidas de fotoluminescência permitiu a obtenção de informações sobre a intensidade luminescente, assim como as cores emitidas dos pontos quânticos e demostraram a importância das modificações de superfície em relação ao aumento da intensidade luminescente. A veiculação do ZnO estáveis no meio orgânico em micelas poliméricas formadas pelo Pluronic F127 e Pluronic F68, foi realizada com sucesso. Este fato foi observado por meio dos espectros de absorção no UV-vis e também pelas medidas de fotoluminescência. Com a técnica de espalhamento de luz dinâmico, avaliou-se parâmetros relacionados com o tamanho e o índice de polidispersidade das micelas. O teste de citotoxicidade in vitro foi feita através do MTT e apresentou uma boa viabilidade celular para as linhagens celulares de queratinócito humano (HaCat) e de hepatoma humano (HepG2). A quantificação das células em que houve a internalização das micelas contendo os pontos quânticos hidrofóbicos como marcador foi feita através da citometria de fluxo. Diante dos resultados obtidos, conclui-se a existência de um potencial a ser explorado em relação ao ZnO modificado pelo GPTMS em aturar futuramente como sondas biológicas. Já as propriedades hidrofóbicas concedidas ao ZnO modificado pelo HTMS e pela bicamada formada entre o AO/HTMS permitiu a incorporação dos mesmos em sistemas micelares e tem como objetivo auxiliar na aplicação futura desses pontos quânticos através do desenvolvimento de sistemas teranósticos.

In recent years, it is possible to observe a growing interest in the development of multifunctional systems used, that can be used in the diagnosis and treatment of cancer These systems also known as " theranostic " and have gained considerable attention due to their capacity of release anticancer drugs into specific cells, besides to optical monitoring through quantum dots. In this context, the present study was aimed to stabilize the quantum dots of of ZnO in water by modifying with 3-(Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS) with and organic medium.by modifying with Hexadecyltrimethoxysilane (HTMS), thus allowing them to be incorporated into polymeric micelles The binding between the quantum dots with the modifiers occurred by hydrolysis and condensation reaction under basic catalysis by lithium hydroxide, thus leading to the formation of siloxane layer and resulted in ZnO-Si-O covalent bond. In order to improve the stability of ZnO-QDs and consequently their photoluminescence properties, was synthesized a coating bilayer by OA and HTMS. The ZnO surface modification was confirmed by infrared spectroscopy and also by X-ray photoelectron spectroscopy. The optical behavior was performed by absorption spectroscopy in the UV-Vis region. With this technique was possible to identify the wavelength limit associated with the excitonic peak and by monitoring of this peak was observed a great stability during 15 days for almost all samples of ZnO modified by GPTMS in water and ZnO modified by HTMS and bilayer AO / HTMS in chloroform. The finale size of quantum dots was analyzed by transmission electron microscopy that showed an average size about 3,5- 4nm for the samples of znO modified by GPTMS, and 4,5 nm by HTMS and AO/HTMS bilayer. By X-ray diffraction, it was possible to identify through the diffraction peak a wurtzite structure. The photoluminescence measurements allowed to obtain information about luminescence intensity, as well as the emitted colors by quantum dots and demonstrated the importance of surface modifications in relation to increase of luminescence intensity. The placement of hydrophobic ZnO into polymeric micelles formed by Pluronic F127 and Pluronic F68 was successful. This fact can be observed by absorption spectroscopy in UV-vis and by photoluminescence measurements. With the dynamic light scattering, it was possible to observe the hydrodynamic size distribution and polydispersity index of the micelles. In vitro cytotoxicity assay was performed by MTT and showed a great cellular viability for human keratinocytes cells (HaCat) and for hepatocellular carcinoma cells (HepG2). The cellular internalization was performed by flow cytometry. Based on these results, it was concluded a potential to be explored in to ZnO modified by GPTMS to acting in the future as biological probes. The hydrophobic properties of ZnO modified by HTMS and the AO / HTMS bilayer allowed the incorporation in micellar systems and aims to assist in the implementation of these quantum dots through the development of systems theranostics.