Sistemas Magnéticos Fibrosos Baseados em Biovidro para o Tratamento de Cancro do Osso

Abstract

O cancro do osso compõe próximo de 1% da totalidade dos casos de cancro. Atualmente, a remoção cirúrgica é o método mais comum de tratamento deste tipo de tumor maligno, com possível recorrência à quimioterapia e radioterapia. Uma nova forma de tratamento para este tipo de doença é a hipertermia magnética recorrendo à aplicação de biomateriais baseados em nanopartículas superparamagnéticas, como a magnetite, utilizada neste trabalho. A remoção do tecido canceroso resulta em defeitos ósseos que podem ser restaurados graças à capacidade regenerativa de vidros bioativos.

O objetivo deste projeto foi o desenvolvimento de uma membrana magnética baseada em nanofibras porosas e em nanofibras não-porosas de ácido poliláctico (PLA) através da técnica de eletrofiação, com nanopartículas magnéticas (MNP’s) e biovidro mesoporoso (MBG) incorporados na solução precursora de eletrofiação. Assim, esta estrutura desenvolvida terá não só a capacidade de eliminar tecidos cancerosos ósseos de forma controlada, graças à técnica de hipertermia magnética das MNP’s, como recuperar as porções do osso previamente afetadas, por ação da regeneração óssea proveniente da bioatividade do MBG.

Primeiramente, foi otimizada a técnica de eletrofiação de nanofibras usando PLA, estudando combinações dos solventes orgânicos diclorometano (DCM) com N-N-dimetilformamida (DMF) ou ácido trifluoroacetético (TFA). As MNP’s foram sintetizadas por co-precipitação química e revestidas por ácido oleico (OA) de forma a torná-las hidrofóbicas, possibilitando a sua dispersão nos solventes orgânicos utilizados, e estabilizando-as impedindo a sua agregação. Foram produzidas membranas de nanofibras porosas de PLA usando proporções de DCM/DMF 9:1 e membranas de nanofibras não-porosas de PLA usando proporções de DCM/TFA 1:1. Estas membranas produzidas foram analisadas por SEM, TEM, EDS e FTIR, e submetidas a ensaios de tração mecânica, hipertermia magnética, bioatividade e citotoxicidade. Deste modo, estudou-se a sua morfologia e composição química, e avaliada a sua capacidade mecânica, de aquecimento, regeneração óssea e biocompatibilidade.

Estes novos tipos de membrana irão compor uma nova solução de tratamento para o cancro com recurso a biomateriais, possibilitando uma alternativa aos métodos de tratamento mais convencionais do cancro ósseo e reduzindo os seus efeitos secundários.

Alternate abstract:

Bone cancer makes up close to 1% of all cancer cases. Currently, surgical removal is the most common method of treating this type of cancer, possibly resorting to chemotherapy and radiotherapy. A new form of treatment for this type of disease is magnetic hyperthermia using biomaterials based on superparamagnetic nanoparticles, such as magnetite, used in this work. Removal of cancerous tissue results in bone defects which can be restored thanks to the regenerative capacity of bioactive glasses.

The objective of this project was the development of a magnetic membrane based on porous and non-porous polylactic acid (PLA) nanofibers through the electrospinning technique, with magnetic nanoparticles (MNP's) and mesoporous bioglass (MBG) incorporated in the precursor solution of electrospinning. Thus, this developed structure will not only be able to eliminate bone tumor tissue in a controlled manner, thanks to the magnetic hyperthermia technique by MNP's, but also to recover previously affected bone portions through the action of bone regeneration resulting from MBG bioactivity.

Initially, the technique of electrospinning nanofibers using PLA was optimized, studying combinations of the organic solvents dichloromethane (DCM) with dimethylformamide (DMF) or trifluoroacetic acid (TFA). MNP's were synthesized by chemical co-precipitation and coated with oleic acid (OA) to make them hydrophobic, allowing their dispersion in the used solvents, and stabilizing them, preventing their aggregation. PLA porous nanofiber membranes were produced using 9:1 DCM/DMF ratios and PLA non-porous nanofiber membranes using 1:1 DCM/TFA ratios. These membranes produced were analyzed by SEM, TEM, EDS and FTIR, and subjected to mechanical traction, magnetic hyperthermia, bioactivity and cytotoxicity tests. This way, their morphology and chemical composition were studied, and their mechanical, heating, bone regeneration and biocompatibility capacities evaluated.

These new types of membrane will compose a new cancer treatment solution using biomaterials, providing an alternative to more conventional bone cancer treatment methods and reduce its side effects.