Toate obiectivele prevazute in planul de realizare aferent Etapei 1 (“Prepararea și caracterizarea morfo-structurală a sistemelor de nanoparticulelor magnetice(NPs) pe bază de Fe. Optimizarea acestora în raport cu diferite aplicații specifice) constand in: i) Sinteză, caracterizarea morfo-structurala si magnetica a minimum 5 sisteme de nanoparticule magnetice( obiectivele O1 si O2),  ii)  raport de cercetare științifică, iii) 1 articol științific trimis pentru publicare în reviste cotate ISI, iv)  crearea unui site al proiectului si  v) participare la o conferință națională/internațională) au fost indeplinite integral.

In urma studiului literaturii de specialitate s-au stabilit metodele de preparare si precursorii pentru obtinerea particulelor monodomeniu magnetic, cu morfologii specifice, dimensiune controlata si o distributie relativ  ingusta a dimensiunii de particula.

S-au efectuat preparari preliminare de oxo-hidroxizi si oxizi de fier (magnetita) prin: i) co-precipitare, ii) tratamentul  precursorilor oxi-hidroxidici aciculari,  iii) descompunere hidrotermala si iv) descompunerea termica  a compusilor organo-metalici  in solventi cu punct de fierbere ridicat.

S-a studiat influenta conditiilor de preparare (raport molar amestec surfactanti, timp si temperatura de tratament) asupra morfologiei si dimensiunii nanoparticulelor de magnetita  obtinute prin descompunerea termica a compusilor organo-metalici. S-a stabilit corelatia intre morfologia magnetitei si amestecul de surfactanti.  

Au fost preparate diverse sisteme de magnetita hidrofoba , monodomeniu magnetic, cu morfologii sferice, hexagonale, cubice sau poliedrale

Plecand de la particulele  hidrofobe, obtinute prin descompunerea termica  a compusilor organo-metalici  in solventi cu punct de fierbere ridicat, au fost obtinute particule hidrofile functionalizate cu acid azelaic.

Prin masuratori morfo-structurale au fost identificate fazele cristaline, forma si dimensiunea nanoparticulelor constituente (au fost procesate nanoparticule de oxid de fier avand diametrele  cuprinse intre 20-50 nm).

Masuratorile de spectroscopie Mossbauer si masuratorile magnetice au confirmat  formarea unor nanoparticule monodomeniu magnetic, ce nu ating regimul superparamagnetic, dar care prezinta magnetizari de saturatie si campuri coercitive ce le recomanda pentru aplicatii de hipertermie magnetica.

Rezulatele obtinute au fost diseminate prin: participare la o conferinta nationala, 2 articole publicate in reviste cotate ISI si un articol  articol trimis spre publicare la revista Materials.

Denumire Etapa II: Studii comparative asupra mecanismelor specifice evidențiate de măsurătorile SAR. Caracteristici finale ale noilor mecanisme pentru optimizarea compușilor pentru aplicații de hipertermie

REZUMAT

• Prin descompunerea termica a compusilor organo-metalici in solventi cu punct de fierbere ridicat au fost obtinute sisteme de naoparticule magnetice hidrofobe cu forma si dimensiune controlata. Pentru a le putea utiliza in aplicatii bio-medicale, s-a incercat functionalizarea suprafetei nanoparticulelor magnetice hidrofobe prin diverse proceduri: i) transformarea magnetitei hidrofobe in magnetita hidrofila prin reactii oxidative; ii) Folosind un Shaker cu blocuri Eppendorf, cu functii de mixare si incalzire, s-a incercat inlocuirea surfactantului organic de pe suprafta NPs cu acid citric sau acid ascorbic; iii) Functionalizarea Fe₃O₄ hidrofoba cu Silice; iv) Indepartarea surfactantului/ligandului organic de la suprafata MNPs hidrofobe prin dizolvarea acestuia in DMSO sau DMF

• Pentru imbunatatirea stabilitatii sistemelor de nanoparticule magnetice in solutii apoase, au fost abordate noi metode de procesare constand in: i) Sinteza de MNPs de magnetita prin functionalizare directa cu acid citric chiar in timpul procedurii de preparare; ii) Sinteza prin coprecipitare a MNPs de magnetita si functionalizarea suprafetei prin acoperire cu compusi ce induc forte repulsive electrostatice

• In vederea diminuarii/eliminarii pe cat posibil a pierderilor de caldura din cadrul experimentelor de hipertermie magnetica, s-a proiectat si confectionat un dispozitiv cu izolare quasi-adiabatica (aflat in curs de brevetare) pentru cresterea preciziei masuratorilor ratei specifice de absorbtie (SAR) a unei suspensii de nanoparticule magnetice. Au fost utilizate numai materiale non-magnetice (Duramid, Plexiglas, plastic) pentru a nu interactiona cu campul electromagnetic al bobinei de inductie

• Pentru o evaluare cat mai exacta a ratei specifice de absorbtie (SAR) in experimentele de hipertermie magnetica, s-a propus o metodologie originala, pentru compensarea pierderilor de caldura pe o plaja larga de temperatura, alaturi de o serie de precautii experimentale pentru evitarea, pe cat posibil, a pierderilor de caldura, mentinerea lichidului de racire a inductorului la o temperatura constanta(cat mai apropiata de temperatura camerei), evitarea sedimentarii gravitationale a MNPs suspuse investigatiei.

• Masuratorile morfo-structurale si magnetice, confirma formarea unor particule superparamagnetice sau formarea unor nanoparticule monodomeniu magnetic( ce nu ating regimul superparamagnetic), dar care prezinta magnetizari de saturatie si campuri coercitive ce le recomanda pentru aplicatii de hipertermie magnetica;

• Recomandari pentru concentratii medii de nanoparticule destinate aplicatiilor biomedicale si optimizarea transferului de caldura in raport cu frecventele si intensitatile de camp RF biologic acceptate.

Denumire Etapa III: Evaluarea efectelor citotoxice ale hipertermiei de nanoparticulele magnetice asupra liniei celulare canceroase

REZUMAT

• S-au optimizat conditiile si metodele de procesare ale unor ansambluri de nanoparticule (MNPs) de magnetita cu morfologii specifice( sferice si cubice) si  distributie ingusta de dimensiune, ce au fost utilizate pe  doua linii celulare: linia L929 – fibroblaste din tesut adipos subcutanat si HT29 – linia celulara umana de adenocarcinom de colon. Plecand de la  descompunerea termica  a compusilor organo-metalici  in solventi cu punct de fierbere ridicat, au fost propuse 3 proceduri  optimizate pentru:
• i) Sinteza  MNPs de magnetita acoperite cu acid oleic: Fe3O4@OA;
• ii) Sinteza  MNPs de magnetita acoperite cu acid citic: Fe3O4@CA;
• iii) Sinteza  MNPs de magnetita functionalizate cu acid folic: Fe3O4@FA.
• A fost implementat un prim protocol(P1) pentru testarea biocompatibilitatii in vitro a nanoparticulelor  Fe3O4@OA , Fe3O4@CA Fe3O4@FA pe linii  celulare L929 si HT29  prin teste colorimetrice specifice: MTS(se evalueaza activitatea metabolica a celulelor viabile) si/sau LDH(teste de citotoxicitate)
• Dispozitivul de hipertemie magnetica Ambrell EasyHeat, a fost adaptat si optimizat pentru experiente cu linii de culturi celulare.
• A fost implementat un al ii-lea protocol (P2) pentru a studia viabilitatea si citotoxicitatea  sistemelor de nanoparticule incubate cu celule, in urma efectuarii unor experiente experientele de  hipertermie magnetica.
• Au fost efectuate studii preliminare de microscopie fluorescenta pe sitemul de nanoparticule magnetice functionalizate cu acid folic
• Testele de biocompatibilitate, aplicate pe cele doua linii celulare L929 si HT-29 si raportate la probele martor, au aratat o scadere a viabilitatii cu aproximativ 20% pentru L929 in prezenta  Fe3O4@AO si Fe3O4@AC si cu aproximativ 30% pentru sistemul sistemul Fe3O4@AF. Rezultatele obtinute pentru linia HT-29 au aratat o scadere mai pronuntata a viabilitatii, valorile situandu-se intre 30-35%. Testele de citotoxicitate au demostrat valori comparative celor de viabilitate.