Terapia fototérmica plasmónica multifotónica utilizando AuNP-iPSMA en células de cáncer de próstata

Abstract

Resumen El calentamiento de nanopartículas de oro (AuNPs) inducido por excitación fotónica es la base de la terapia fototérmica plasmónica (PPT), que utiliza el calor generado por las AuNPs cuando estas son irradiadas por luz láser para producir ablación térmica celular. La producción de calor se debe a que, al exponer a las AuNPs a luz láser, estas experimentan resonancia del plasmón de superficie (SPR), debido a que los electrones libres de los átomos superficiales de la nanopartícula de oro (AuNP) se excitan. La SPR da a la AuNP la propiedad de absorber o dispersar parte de la luz incidente. La luz absorbida es transformada en calor, dado que, los electrones en estado excitado regresan a su estado base, mediante la liberación de energía térmica al medio. La limitante de la PPT, es la longitud de onda de irradiación ya que esta, debe coincidir con la longitud a la que se presenta la SPR y está en el caso de AuNPs de 20 nm se encuentra en los 520 nm. La aplicación de la PPT a nivel in vivo, se ve limitada por la alta absorción que presentan los tejidos biológicos, debido a la gran cantidad de agentes absorbentes como la melanina y la hemoglobina. Una alternativa a la PPT es la terapia fototérmica plasmónica multifotónica (MPPT) en la cual la excitación de un electrón de la banda de valencia se lleva a cabo por la absorción simultanea de dos o más fotones de energía más baja, mientras que la suma de las energías de los fotones exceda la energía de la banda. La ventaja que presenta la MPPT es que, al utilizar longitudes de onda con menor energía esta presentaría menor absorción por los componentes del tejido. El objetivo de este proyecto fue sintetizar, caracterizar y evaluar el sistema AuNP-HYNIC- iPSMA para terapia fototérmica plasmónica multifotónica con irradiación láser a una longitud de onda de 1064 nm en células de cáncer de próstata. La síntesis del sistema AuNP-HYNIC-iPSMA, se realizó mediante la interacción electrostática del grupo amino (NH 2 ) del péptido (HYNIC-iPSMA) con la superficie de la nanopartícula (20 nm de diámetro). La SPR de las AuNPs se observó en 522 nm y las imágenes de TEM mostraron que las AuNPs tienen forma esférica homogénea con un diámetro promedio de de 19 ± 4 nm, mientras que en los estudios de DLS mostraron diámetro promedio de 21.97+ 3 nm. El espectro UV-Vis del sistema AuNP-HYNIC-iPSMA mostró además de la banda SPR de las AuNPs dos bandas más, una centrada a 229 nm y la otra a 280 nm, relacionadas con la presencia del péptido. Las imágenes TEM del sistema mostraron un aro alrededor de la nanopartícula, causado por los péptidos en las inmediaciones de esta y un diámetro promedio de 20+ 3 nm, mientras que por DLS presentaron diámetros de 21.7+ 5 nm. La irradiación de las AuNPs y AuNP-HYNIC-iPSMA se realizaron utilizando un láser Nd:YAG a longitudes de onda de 1064 y 532 nm a frecuencias de 5, 10 y 15 Hz. El monitoreo de la temperatura se llevó a cabo mediante un termopar tipo k acoplado a una tarjeta ARDUINO codificada para lecturas de temperatura cada segundo. Los resultados de temperatura de forma independiente a la frecuencia utilizada mostraron un incremento de esta con respecto su grupo control para ambas longitudes de onda. Sin embargo, la frecuencia de 10 Hz mostró mejores resultados. Los efectos del incremento de temperatura sobre la viabilidad celular se realizaron en células de cáncer de próstata humano LNCaP que presentan receptores al péptido -HYNIC- iPSMA. Las células fueron incubadas durante 2 horas con AuNPs y AuNP-HYNIC-iPSMA, posteriormente irradiadas a las 2 longitudes de onda del láser y frecuencias mencionadas anteriormente. La medición de la viabilidad se realizó mediante el kit XTT, obteniendo los porcentajes de viabilidad. Los resultados mostraron mayor disminución en el porcentaje de viabilidad celular en las células expuestas al sistema AuNP-HYNIC-iPSMA con irradiación a 1064 nm a una frecuencia 10 Hz. Con los resultados obtenidos, se puede afirmar que el sistema AuNP-HYNIC-iPSMA con irradiación láser a 1064 nm a una frecuencia de 10 Hz puede ser utilizado para la realización de terapia fototérmica plasmónica multifotónica ya que el incremento de temperatura y la disminución de la viabilidad celular en células de cáncer de próstata son mayores a los obtenidos en la terapia fototérmica plasmónica con irradiación láser de 532 nm.