Caracterização espectroscópica e fototérmica de nanopartículas de grafeno para aplicações antimicrobianas

Abstract

Resumo: As terapias convencionais para o tratamento de doenças, em geral, apresentam efeitos colaterais adversos e eficiência limitada. Neste contexto, é necessário uma busca de aperfeiçoamento e por novas alternativas de tratamento. Em especial, com a resistência de microrganismos aos medicamentos já existentes no mercado atual, novos métodos precisam ser desenvolvidos para contornar o decréscimo da eficiência dos antibióticos. Em adição, apesar do avanço no trata-mento, o câncer ainda é uma das doenças que mais causam mortes no mundo. Uma candidata com alto potencial de aplicação tanto no tratamento de câncer e infecções microbianas é a terapia fotodinâmica. A terapia fotodinâmica é uma terapia minimamente invasiva, o qual consiste da associação entre um fotossensibilizador, a luz com um comprimento de onda específico e o oxigênio molecular presente no meio, no qual a energia absorvida pelo fotossensibilizador é transferida para o oxigênio gerando espécies reativas de oxigênio, as quais entrando em contato com algum tipo de material biológico, causará danos irreversíveis a eles. A técnica apresenta uma boa seletividade, visto que a ação somente ocorre na região iluminada e que as espécies reativas de oxigênio tem um raio de atuação bastante pequeno. Em adição, o tratamento é livre de antibióticos e com baixos efeitos colaterais. A incorporação de nanopartículas na terapia fotodinâmica apresenta um grande potencial no aperfeiçoamento da nanomedicina atual, visto que podem ajudar na entrega do fármaco na região desejada, além de poder ser o agente gerador de calor na terapia fototérmica e como diagnóstico devido sua luminescência. Neste trabalho, investigamos as nanopartículas de gra-feno (Graphene Quantum Dots - GQD's) disponíveis comercialmente como potencial agente teranóstico. Para investigarmos a propriedades e potencialidades do uso de GQD como agente na terapia fotodinâmica e fototérmica, serão utilizados métodos de espectroscopia de UV-VIS, espectroscopia de luminescência e espectroscopia de lente térmica. Ademais, os GQD's foram incorporados em nanocarregadores de micelas poliméricas obtidas a partir de copolímeros tri-blocos do tipo (EO)a (PO), (EO)x comercializados como Pluronic® e também em lipossomas. Esses nanocarreadores são usados para melhorar a farmacocinética, biodistribuição e a fotoci-totoxicidade dos fotossensibilizadores, além de permitirem a associação de diferentes moléculas. Em particular, também investigamos a associação dos GQD's com o fotossesibilizador eritrosina decil-estér. Os resultados mostram o potencial do GQD associado ou não a outro fotossensibilizador como agente teranóstico.

Abstract: Conventional therapies for the treatment of diseases, in general, have adverse effects and limited effectiveness. In this context, a search for improvement and new treatment alternatives is necessary. In particular, with the resistance of microorganisms to commercial drugs, new advanced methods will be developed to circumvent the decreasing efficiency of antibiotics. In addition, despite advances in treatment, cancer is still one of the fatal diseases in the world. A candidate with high potential for application in both treatments is photodynamic therapy. Photodynamic therapy is a minimally invasive therapy consisting of the association between a photosensitizer, light with a wavelength, and the molecular oxygen present in the medium. The energy absorbed by the photosensitizer is transferred to oxygen, generating reactive oxygen species, as those coming into contact with some biological material will cause irreversible cellular damage. The technique has good selectivity since the action only occurs in the illuminated region and by the reactive oxygen species' minimal range of activity. In addition, the treatment is antibiotic-free and has low associated side effects. Incorporating nanoparticles in photodynamic therapy has excellent potential for improving current nanomedicine. They can help the drug delivery to the desired region and be the heat-generating agent in photothermal therapy and as a diagnosis due to its luminescence. This work investigates the Graphene Quantum Dots (GQD's) commercially available as a potential theranostic agent. This study uses UV-VIS spectroscopy, luminescence spectroscopy, and thermal lens spectroscopy methods to explore the properties and the potentialities of using GQD as an agent in photodynamic and photothermal therapy. Furthermore, the GQD's incorporated in micelle nanocarriers polymers obtained from triblock copolymers of the (EO)×(PO)(EO)x type sold as Pluronicrand also in liposomes. These nanocarriers improve the pharmacokinetics, biodistribution, and photocytotoxicity of photosensitizers and allow the association of different molecules. In particular, we also investigated the association of GQD's with the erythrosine decyl ester photosensitizer. The results show the potential of GQD associated or not with another photosensitizer as a therapeutic agent.