En esta investigación se presenta el estudio de las interacciones dipolares entre nanopartículas magnéticas (NPM) monodominio en suspensiones coloidales y su influencia en la disipación de calor bajo campos electromagnéticos de radiofrecuencia (RF). Una suspensión coloidal magnética está formada por una fase dispersa, dada por las NPM, y una fase dispersante. Las NPM se encuentran recubiertas por una capa surfactante la cual está cargada eléctricamente y es responsable de la estabilización del coloide, por repulsión electrostática, impidiendo su agregación y decantación. En ausencia de campo magnético y en equilibrio termodinámico, el momento magnético de cada partícula se orienta aleatoriamente lo cual conlleva a que la suspensión coloidal se comporte en forma similar a un material paramagnético con la diferencia de que los momentos magnéticos son mucho más grandes que en el paramagnetismo atómico, razón por la cual este comportamiento de la suspensión coloidal se conoce como superparamagnetismo. En el caso de NPM monodominio se obtiene un súper momento magnético alrededor de 104 -105µB. Cuando las NPM están bajo la acción de un campo magnético alterno, su magnetización responde con una componente fuera de fase en relación al campo externo, esto es, el cambio en la dirección del momento magnético de la partícula no ocurre simultáneamente con el cambio de dirección del campo aplicado. Esta respuesta hace que la energía absorbida por las partículas sea entregada al medio en forma de calor, propiedad conocida como potencia específica absorbida (SAR, por sus siglas en inglés). El tiempo de retraso se conoce como tiempo de relajación magnética (τ). Una aplicación de esta propiedad es la hipertermia magnética (HM). Esta aplicación consiste en llevar NPM al interior de células vivas y utilizando campos de radiofrecuencia, aumentar la temperatura local de la célula y generar su muerte. De esta forma, si las NPM son internalizadas por células cancerígenas, la aplicación se presenta como un tratamiento médico contra el cáncer y se puede utilizar como terapia individual o complementaria a las terapias ya existentes. Uno de los principales retos para el establecimiento de la hipertermia como una terapia oncológica, es la obtención de una suspensión coloidal biocompatible, cuyas propiedades puedan ser optimizadas para obtener un mayor valor de SAR dentro del límite de confort de amplitud de campo (8.5 kA/m) y frecuencia (100 kHz) para los humanos, campos de mayor amplitud y frecuencia podrían generar quemaduras. Si las propiedades del coloide están optimizadas, menores dosis de NPM pueden ser internalizadas por células y provocar muerte celular, bajas dosis representan baja toxicidad. Debido al carácter magnético de las NPM las interacciones dipolares modifican el SAR, puesto que cambian el valor de la barrera de energía que tiene que superar el momento magnético de las NPM y por ende cambia su tiempo de relajación, y la condición de resonancia. Así que también conocer la organización de las partículas dentro del coloide se hace necesario. Además, cabe resaltar que durante el proceso de internalización, la célula agrupa las NPM en endosomas y esto hace que las NPM se agreguen. La formación de estos agregados afecta la respuesta a campos alternos en el entorno celular, incrementa las interacciones dipolares y modifica el rendimiento de las NPM.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work, the effect of doping on structural and magnetic properties of cobalt ferrite nanoparticles was studied. Samples M1-xZnxFe2O4 series (M = Co, Mn and Ni) synthesized by hydrothermal method using different chelating agents and/or co-precipitation method presented changes in average size and particle size distribution, saturation magnetization, effective anisotropy constant and Curie temperature as a function of the chelating agent, type and amount of dopant. In general, CoFe2O4 samples synthesized by hydrothermal method with different chelating agents have average particle sizes reduced with respect to the samples synthesized by co-precipitation method. However, we show that the addition of these chelating agents may affect the analysis results of magnetization since the additional mass resulting from its decomposition is not discharged to carry out the measurements of magnetization. Moreover, the saturation magnetization, effective anisotropy constant and Curie temperature decreased with increasing zinc concentration. The saturation magnetization curve was evaluated from the MvsH measurements at room temperature using a Langevin fitting weighted by a log-normal distribution while the effective anisotropy constant was estimated by analyzing the magnetization in the high magnetic field region by using the expression M(H) = MS[1 - A/M - B/H2 - ...] + -H. Finally, hyperthermia measurements were performed on samples of cobalt-doped zinc ferrite at room temperature. In accordance with some results already reported in the literature, the best results were obtained for the intermediate concentrations. In this concentration range, the Curie temperature values, saturation magnetization and the effective anisotropy constant are considered optimal for the using in hyperthermia. / Neste trabalho, o efeito do dopante nas propriedades estruturais e magnéticas de nanopartículas de ferritas de cobalto foi estudado. Amostras das séries M1-xZnxFe2O4 (M = Co, Mn e Ni) sintetizadas pelo método hidrotérmico utilizando diferentes agentes quelantes e/ou pelo método de co-precipitação apresentaram modificações no tamanho médio, na distribuição de tamanhos das partículas, na magnetização de saturação, na constante de anisotropia efetiva e na temperatura de Curie em função do agente quelante, do tipo e da quantidade do dopante. De uma maneira geral, as amostras de CoFe2O4 sintetizadas pelo método de hidrotérmico com diferentes agentes quelantes apresentam tamanhos médios de partícula reduzidos com relação as amostras sintetizadas através do método de co-precipitação. No entanto, nós mostramos que a adição desses agentes quelantes pode afetar as análises dos resultados de magnetização uma vez que a massa adicional resultante da sua decomposição não é descartada para realizar as medidas. Por outro lado, a magnetização de saturação, constante de anisotropia efetiva e temperatura de Curie diminuem com o aumento da concentração de zinco. A magnetização de saturação foi extraída das curvas de MvsH medidas a temperatura ambiente usando um ajuste de Langevin ponderado por uma distribuição do tipo Log-normal e a constante de anisotropia efetiva foi estimada através da análise da magnetização na região de altos campos magnéticos usando a expressão M(H) = MS[1 A/H B/H2 - ...] + -H. Finalmente, medidas de hipertermia foram realizadas nas amostras de ferrita de cobalto dopadas com zinco a temperatura ambiente. Em acordo com alguns resultados já reportados na literatura, os melhores resultados foram obtidos para as concentrações intermediárias. Nessa faixa de concentração, os valores da temperatura de Curie, magnetização de saturação e a constante de anisotropia efetiva são considerados ótimos para aplicação em hipertermia.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-06-28T19:24:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE-ANDRÉ BARROS- versão biblioteca.pdf: 7101014 bytes, checksum: 9b4bfaccc16e54d3b111b7f51ab16776 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T19:24:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE-ANDRÉ BARROS- versão biblioteca.pdf: 7101014 bytes, checksum: 9b4bfaccc16e54d3b111b7f51ab16776 (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / CNPQ / O câncer é tratado, atualmente, como uma epidemia global e apesar dessa grande expressividade epidemiológica a base terapêutica utilizada no combate ao câncer limita-se a quimioterapia, a radioterapia e a cirurgia. Esses tratamentos apresentam uma série de limitações e efeitos adversos. Hipertermia é uma proposta de tratamento de câncer onde as células do tumor são afetadas pela elevação da temperatura local de acordo com a temperatura e o tempo de exposição à fonte de calor. O objetivo desse trabalho foi testar os efeitos da hipertermia obtidos através de uma técnica baseada no uso do ultrassom para irradiar sementes de ouro inseridas no interior de tumores sólidos. Neste sentido, o presente trabalho avaliou a eficácia desta técnica em modelos computacionais, in vitro e pré-clínicos. Para definir a forma geométrica e a difusão de calor da semente de ouro, foi utilizado um código computacional com base na equação de difusão de calor. A partir dos parâmetros definidos teoricamente foi elaborada uma técnica cirúrgica para confirmação pré-clínica e foram realizadas terapias conjuntas usando doxorrubicina. Os resultados das simulações computacionais mostraram que as sementes com 0,8x10mm e 1x 10mm, irradiadas durante 600s com frequência 1,5 MHz produziram uma taxa de geração de calor igual a 6 x 106 W/m3. No modelo de tratamento por dose única os animais foram irradiados durante 30 min com a frequência de 1MHz e as temperaturas foram avaliadas nas regiões centrais e periféricas do tumor. Os resultados obtidos no tratamento por dose única mostraram que o aumento na temperatura foi capaz de produzir necrose coagulativa em 81,9 ±7,2% da área total do tumor. No tratamento por três doses, os animais foram irradiados durante 15min com intervalos de 5 dias. Os resultados apresentados pelos animais tratados com três doses mostraram taxa de inibição tumoral igual a 84.7%. A associação do prétratamento com sementes de ouro irradiadas com ultrassom e doxorrubicina reduziu a IC50 desse fármaco em cerca de 50% em cultura de células e apresentou 87% de inibição tumoral contra o carcinoma de Ehrlich. Podemos concluir, a partir dos nossos resultados, que a hipertermia produzida pela irradiação de sementes de ouro com ultrassom é um método eficaz na destruição de tumores sólidos e pode ser usado como um eficiente adjuvante na quimioterapia / O câncer é tratado, atualmente, como uma epidemia global e apesar dessa grande expressividade epidemiológica a base terapêutica utilizada no combate ao câncer limita-se a quimioterapia, a radioterapia e a cirurgia. Esses tratamentos apresentam uma série de limitações e efeitos adversos. Hipertermia é uma proposta de tratamento de câncer onde as células do tumor são afetadas pela elevação da temperatura local de acordo com a temperatura e o tempo de exposição à fonte de calor. O objetivo desse trabalho foi testar os efeitos da hipertermia obtidos através de uma técnica baseada no uso do ultrassom para irradiar sementes de ouro inseridas no interior de tumores sólidos. Neste sentido, o presente trabalho avaliou a eficácia desta técnica em modelos computacionais, in vitro e pré-clínicos. Para definir a forma geométrica e a difusão de calor da semente de ouro, foi utilizado um código computacional com base na equação de difusão de calor. A partir dos parâmetros definidos teoricamente foi elaborada uma técnica cirúrgica para confirmação pré-clínica e foram realizadas terapias conjuntas usando doxorrubicina. Os resultados das simulações computacionais mostraram que as sementes com 0,8x10mm e 1x 10mm, irradiadas durante 600s com frequência 1,5 MHz produziram uma taxa de geração de calor igual a 6 x 106 W/m3. No modelo de tratamento por dose única os animais foram irradiados durante 30 min com a frequência de 1MHz e as temperaturas foram avaliadas nas regiões centrais e periféricas do tumor. Os resultados obtidos no tratamento por dose única mostraram que o aumento na temperatura foi capaz de produzir necrose coagulativa em 81,9 ±7,2% da área total do tumor. No tratamento por três doses, os animais foram irradiados durante 15min com intervalos de 5 dias. Os resultados apresentados pelos animais tratados com três doses mostraram taxa de inibição tumoral igual a 84.7%. A associação do prétratamento com sementes de ouro irradiadas com ultrassom e doxorrubicina reduziu a IC50 desse fármaco em cerca de 50% em cultura de células e apresentou 87% de inibição tumoral contra o carcinoma de Ehrlich. Podemos concluir, a partir dos nossos resultados, que a hipertermia produzida pela irradiação de sementes de ouro com ultrassom é um método eficaz na destruição de tumores sólidos e pode ser usado como um eficiente adjuvante na quimioterapia