Há um aumento do interesse nas características magnéticas das nanopartículas de óxido de ferro para uma ampla gama de aplicações biomédicas. Sua resposta à ressonância magnética torna-os agentes de contraste confiáveis para ressonância magnética (RM), uma vantagem na medicina regenerativa onde células rotuladas com nanopartículas magnéticas podem ser rastreadas in vivo após a implantação1. Usando campos magnéticos, as células também podem ser guiadas à distância; dessa forma, os esferoides celulares2,3, anéis4ou folhas5 podem ser projetados magneticamente e também remotamente estimulados6, um ativo no desenvolvimento de tecidos livres de andaimes. A gama de possibilidades para essas nanopartículas também inclui sistemas de entrega de medicamentos7,8 e tratamento hipertérmico magnético e fotoinduzido para matar células cancerosas9,10,11. Para todas essas aplicações, as nanopartículas são integradas no ambiente biológico por injeção intravenosa ou por internalização direta nas células e são então deixadas dentro, o que coloca em questão seu destino intracelular.
As análises in vivo transmitiram uma compreensão geral do destino das nanopartículas no organismo: após a injeção na corrente sanguínea, elas são capturadas principalmente pelos macrófagos do fígado (células kupffer), baço e medula óssea, são progressivamente degradadas, e se juntam à piscina de ferro do organismo12,13,14,15,16,17,18,19. Observações qualitativas só são possíveis devido à circulação das nanopartículas em todo o organismo. Normalmente, a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) pode ser usada para observar diretamente as nanopartículas e a presença de ferro nos órgãos pode ser determinada através da dosagem. Mais recentemente, seu destino foi avaliado diretamente em uma piscina de células, ou seja, em circuito próximo sem fuga de ferro, permitindo uma medição quantitativa de suas biotransformações no nível celular20,21,22. Tais medidas são possíveis através da análise das propriedades magnéticas das nanopartículas que estão fortemente ligadas à sua integridade estrutural. A magnetometria da amostra vibratória (VSM) é uma técnica onde a amostra é vibrada periodicamente de modo que a medição da bobina do fluxo induzido fornece o momento magnético da amostra no campo magnético aplicado. Tal detecção síncron sua permite uma medição rápida, que é um trunfo para determinar os momentos magnéticos de um grande número de amostras20,21,22,23. A assinatura magnética macroscópica recuperada pela VSM dá então uma visão geral quantitativa de toda a amostra biológica diretamente correlacionada com o tamanho e estrutura das nanopartículas. Em particular, fornece o momento magnético na saturação (expresso em emu) das amostras, que é uma quantificação direta do número de nanopartículas magnéticas presentes na amostra, respectivamente para suas propriedades magnéticas específicas.
Foi demonstrado que o processamento intracelular de nanopartículas magnéticas está fortemente ligado às suas características estruturais20. Esses recursos podem ser controlados através de protocolos de síntese ideais. Cada protocolo apresenta vantagens e limitações. As nanopartículas de óxido de ferro são comumente sintetizadas em soluções aquosas por meio da coprecipitação dos íons de ferro24. Para superar as limitações da polidispersidade do tamanho das nanopartículas, outros métodos de síntese, como métodos de sol-gel mediados por poliol, foram desenvolvidos25. Abordagens não diatéacas por decomposição térmica leva à produção de nanopartículas de óxido de ferro muito bem calibradas26. No entanto, o uso de grandes quantidades de surfactantes como oleylamina ou ácido oleico complica sua funcionalização e transferência de água para aplicações biomédicas. Por essa razão, sintetizamos tais nanopartículas magnéticas através de uma rota de gel sol não diatéramos que leva à alta cristalina, pureza e reprodutibilidade27. Este protocolo produz nanopartículas de tamanho bem controlada que podem ser ajustadas através da variação de temperatura28. No entanto, a rota sol-gel não aquosa assistida por micro-ondas tem um limite de tamanho superior das nanopartículas obtidas de cerca de 12 nm. Este procedimento não seria adaptado para aplicações usando partículas ferromagnéticas à temperatura ambiente. Além da síntese do núcleo, outra característica principal a ser considerada é o revestimento. Deitado na superfície da nanopartícula, o revestimento age como uma molécula de ancoragem, ajudando a internalização direcionada das nanopartículas, ou pode proteger a nanopartícula da degradação. Uma vez que o álcool benzílico age como uma fonte de oxigênio e um ligante ao mesmo tempo, nanopartículas nuas são produzidas sem a necessidade de surfactantes adicionais ou ligantes. As nanopartículas são facilmente funcionalizadas após a síntese sem um processo de troca de surfactantes.
Nesse caso, são avaliados dois tipos de nanopartículas que possuem o mesmo núcleo e diferem no revestimento. O núcleo é sintetizado usando uma técnica baseada em micro-ondas rápida e altamente eficiente. Os dois revestimentos comparados consistem em ácido cítrico, um dos mais utilizados como agente de revestimento em aplicações biomédicas29,30e ácido poliacrílico (PAA), um revestimento polimérico com alto número de funções de quesquente. As medidas de magnetometria VSM são então usadas primeiro para quantificar a absorção de nanopartículas pelas células e, em seguida, como uma avaliação direta da integridade estrutural da nanopartícula após a internalização em células-tronco. Os resultados demonstram que a concentração de incubação impacta a absorção de nanopartículas e que o revestimento influencia sua degradação, com o grande número de moléculas de ancoragem de PAA protegendo o núcleo da degradação.