Projektowanie, synteza i charakterystyka magnetycznych nanocząstek tlenków żelaza i tlenków żelaza domieszkowanych kationami lantanowców oraz ich wykorzystanie w konstrukcji liposomalnych nośników leków

Zsyntezowano magnetyczne nanocząstki tlenku żelaza przy użyciu różnych metod chemicznych. Scharakteryzowano ich właściwości fizykochemiczne i sfunkcjonalizowano powierzchnię. Nanocząstki pokryto kwasem oleinowym, co uczyniło powierzchnię hydrofobową, lub kwasem cytrynowym, prowadząc do otrzymania hydrofilowej powierzchni. Rdzeń nanocząstek domieszkowano kationami gadolinu i terbu. Otrzymane struktury zostały następnie wbudowane w matrycę lipidową. Zbadano wpływ obecności hydrofobowych nanocząstek na właściwości elastyczne membran. Nanostruktury nie wpływają na całościowe pogrubienie membran, a jedynie lokalnie. Membrany z wbudowanymi nanocząstkami mają tym większy moduł Younga, im większa jest zawartość domieszki. To sprawia, że dwuwarstwa zawierająca wbudowane nanocząstki jest podatniejsza na pękanie. To zjawisko może zostać wykorzystane do uwolnienia leku z wnętrza nośników. Nanocząstki wbudowano w liposomy, otrzymując magnetoliposomy. Wewnątrz zamknięto lek, doksorubicynę i pokazano, że może ona być w kontrolowany sposób uwolniona z pęcherzyków. W zmiennym polu magnetycznym o niskiej częstotliwości (50 Hz) nanocząstki drgają i uszkadzają mechanicznie membranę, doprowadzając do wypłynięcia leku. Kinetyka uwalniania leku wskazuje na dyfuzyjny charakter procesu. Wykazano, że magnetoliposomy zawierające hydrofobowe nanocząstki i doksorubicynę są toksyczne dla komórek raka piersi dopiero po zadziałaniu zewnętrznego pola magnetycznego. Jednocześnie poziom przeżywalności komórek prawidłowych tkanek piersi nawet dla najwyższego stężenia nośnika nie spada poniżej 70%. To oznacza, że otrzymałam nietoksyczny nośnik doksorubicyny, który przy użyciu magnesu może zostać doprowadzony w wybrane miejsce. Zewnętrzny bodziec – zmienne pole magnetyczne prowadzi do uwolnienia jego zawartości. Nośnik jest selektywny – działa toksycznie wyłącznie na komórki nowotworowe.

Magnetic iron oxide nanoparticles were obtained using chemical methods – coprecipitation and reverse micelle. Their physicochemical properties, such as morphology, crystal structure, magnetic properties were characterized. Their surface was functionalized with oleic acid (hydrophobic nanoparticles) or citric acid (hydrophilic nanoparticles). Doping nanoparticles core with gadolinium and terbium cations was performed. Nanostructures were then immobilized in lipid matrix. Impact of hydrophobic nanoparticles presence on membrane elastic properties was examined. Nanostructures do not bulk bilayers out overall, but they induce local thicken. Membranes containing hydrophobic magnetic nanoparticles have increased Young’s Modulus. It means that they are more likely to crack. This phenomenon can be used to release drug from drug carrier interior. Magnetic nanoparticles were incorporated in liposomes, forming magnetoliposomes. Magnetoliposomes were loaded with anticancer drug, doxorubicin. It was shown, that in response to external low frequency (50 Hz) alternating magnetic field, nanoparticles wobble leading to membrane destruction. As a consequence drug is released from vesicle interior. Drug release kinetics studies proved that this is a diffusive process. It was shown that magnetoliposomes containing hydrophobic nanoparticles and doxorubicin are toxic toward human breast cancer cells selectively and after sample treatment with alternating magnetic field. Viability of normal breast cells did not get lower than 70%, even for the highest magnetoliposomes concentration used. I designed and obtained non-toxic toward normal cells doxorubicin carrier, that can be guided in external magnetic field. External stimulus - alternating magnetic field leads to magnetoliposome's load release. Carrier is selective - it is toxic only towards breast cancer cells after treatment with alternating magnetic field.