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Los nanodiamantes fluorescentes tienen propiedades ópticas y químicas únicas y se han utilizado individualmente como nanoportadores para la administración de fármacos y sensores cuánticos de radicales libres. Un artículo publicado en la revista Interfaces y materiales aplicados de ACS presentó nanodiamantes fluorescentes multifuncionales para la administración de fármacos y la detección de radicales libres en tiempo real.
Estudio: nanodiamantes fluorescentes funcionalizados para la administración simultánea de fármacos y detección cuántica en células HeLa. Crédito de la foto: Tian, Y et al. (2022)
Los nanodiamantes fluorescentes con centros vacantes de nitrógeno (NV) se modificaron con un derivado de diazóxido que facilita su entrada en las células y administra medicamentos contra el cáncer en las células HeLa. Los nanodiamantes fluorescentes desarrollados se caracterizaron mediante espectroscopia infrarroja (IR), dispersión de luz dinámica (DLS) y microscopía electrónica secundaria.
En comparación con el fármaco libre con liberación del fármaco en 12 horas, los nanodiamantes fluorescentes funcionalizados con moléculas de fármaco mostraron una liberación sostenida del fármaco durante más de 72 horas. Además de la liberación del fármaco, estos nanodiamantes fluorescentes también midieron los efectos del fármaco en la generación local de radicales libres.
Las propiedades ópticas de los nanodiamantes fluorescentes cambiaron según el entorno magnético. Se aplicó la técnica de relaxometría para detectar ruido de espín de radicales libres a nanoescala con resolución subcelular. Por lo tanto, el presente trabajo ofreció una nueva estrategia para estudiar la relación entre la liberación de fármacos y la respuesta celular basada en la formación de radicales.
Aplicaciones de los nanodiamantes fluorescentes
Los nanodiamantes fluorescentes tienen la ventaja de una menor toxicidad, una estabilidad química excepcional, una mejor fotoestabilidad y pueden funcionalizarse en la superficie mediante técnicas utilizadas para otras nanopartículas. Son absorbidos naturalmente por varios tipos de células a través de vías endocíticas.
Aunque el núcleo de los nanodiamantes fluorescentes es inerte, la rica química de su superficie se utiliza para unir varios fármacos. La fotoestabilidad de los nanodiamantes fluorescentes limita su decoloración y puede observarse mediante la emisión de fluorescencia utilizada en estudios de biodistribución.
Además de la administración de fármacos, las propiedades ópticas y la fotoestabilidad de los nanodiamantes fluorescentes amplían sus aplicaciones en la obtención de imágenes ópticas a largo plazo. Además, debido a la visibilidad de los nanodiamantes fluorescentes mediante diversos métodos de obtención de imágenes, también se utilizan como marcadores para la microscopía correlativa.
Los centros NV en nanodiamantes fluorescentes detectan ópticamente las resonancias magnéticas ajustando su fluorescencia en respuesta al entorno magnético. Además, los nanodiamantes fluorescentes altamente sensibles pueden ayudar a detectar incluso un solo electrón o algunos espines nucleares.
La presencia de radicales libres en las células puede dañar las proteínas, los ácidos nucleicos y los lípidos, lo que puede provocar cáncer, enfermedades cardiovasculares e infecciones bacterianas o virales. Por lo tanto, el seguimiento de los radicales libres es crucial para monitorear la salud celular. El uso de sondas fluorescentes es un enfoque común para medir los radicales libres. Las sondas fluorescentes reaccionan con los radicales libres y forman compuestos fluorescentes. Sin embargo, debido a la decoloración de los compuestos fluorescentes, este método carece de seguimiento a largo plazo.
Nanodiamantes fluorescentes funcionalizados como transportadores de fármacos
Si bien los nanodiamantes fluorescentes se han reportado individualmente como nanoportadores y sensores cuánticos para radicales libres, no hay informes que combinen estas dos funciones. Esta doble función de los nanodiamantes fluorescentes permite la administración simultánea de fármacos y el análisis de la respuesta celular al fármaco.
Por lo tanto, el presente trabajo tuvo como objetivo desarrollar complejos fluorescentes de nanodiamante-diazóxido como transportadores de fármacos. El fármaco diazóxido afecta al potasio (K+) canales en las mitocondrias que impiden la liberación de radicales libres y aumentan los niveles de insulina para inhibir el crecimiento del cáncer.
La aminación del diazóxido promovió su reactividad hacia el grupo carboxilo en la superficie del nanodiamante fluorescente sin cambiar su funcionalidad inherente. Por lo tanto, los sistemas compuestos de nanorreactor-diazóxido fluorescente preparados que ingresan a la célula se localizaron en tiempo real y se monitorearon los cambios en la concentración de radicales libres en las células.
Las propiedades de la liberación de fármacos. in vitro mostró la liberación acumulada del fármaco comparando nanodiamantes fluorescentes unidos covalentemente y mezclados con el fármaco. Mientras que la mezcla de nanodiamantes fluorescentes y el fármaco mostró una rápida liberación del fármaco, los sistemas compuestos mostraron una liberación sostenida del 100 % del fármaco en 72 horas, lo que prolongó el tiempo de circulación del fármaco en el torrente sanguíneo y aseguró su biodisponibilidad en los tumores.
Además, la desventaja común de la eliminación del fármaco por parte de los tumores se superó con la presente estrategia, en la que la escisión del enlace amida del sistema compuesto de nanodiamante-diazóxido fluorescente se aceleró por el entorno ácido en los endosomas, que es el sitio principal de residencia de entrada de los nanodiamantes. En consecuencia, las células sanas circundantes tenían menos toxicidad.
Conclusión
En resumen, los nanodiamantes fluorescentes funcionalizados con diazóxido desarrollados administraron los derivados de diazóxido en las células HeLa. Estos nanodiamantes fluorescentes modificados mostraron una liberación sostenida del fármaco en comparación con los fármacos libres. Por lo tanto, el presente enfoque permitió el seguimiento de los nanodiamantes fluorescentes y la evaluación de la respuesta al fármaco en el sitio de liberación del fármaco.
Además, la detección de radicales libres se ha logrado utilizando capacidades de sensores cuánticos de nanodiamantes fluorescentes. Además, la fotoestabilidad de los nanodiamantes fluorescentes facilitó el seguimiento a largo plazo de las partículas durante el experimento de liberación. Por lo tanto, el presente trabajo proporcionó una herramienta robusta para administrar las moléculas del fármaco y medir sus efectos localmente en las células.
Relación
Tian, Ye et al. (2022). Nanodiamantes fluorescentes funcionalizados para la administración simultánea de fármacos y detección cuántica en células HeLa. Interfaces y materiales aplicados de ACS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c11688
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