SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE NANORODS DE ORO CON

POTENCIALES APLICACIONES EN TERAPIA FOTOTÉRMICA

Dr. Luis M. Angelats SilvaUniversidad Nacional de Trujillo

I FORO INTERNACIONAL DE NANOTECNOLOGÍAMiércoles 07 de diciembre de 2016

Auditorio de la Universidad Continental

Jun Li, MD y col.

APLICACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN LA 

SALUD:

NANO‐MEDICINA: desarrollo de sistemas/Nanopartículaspara el diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades.

1 nm 100 nm

INTRODUCCIÓN

I COLOQUIO DE INVESTIGACIÓN ‐ UPAO 2016

26/01/2017

REALIDAD PROBLEMÁTICA: INCIDENCIA DEL CÁNCER EN EL MUNDO2012: 8,2 millones de defunciones atribuidas al cáncer (GLOBOCAN PROJECT 2012)!! 

X 1000X 1000

Estimaciones de la incidenciadel cáncer en el Perú.

Tipos de cáncer más frecuentes en el Perú ‐ VARONES

(GLOBOCAN  PROJECT 2012) 

Diario el Correo - 20 de Octubre del 2015

Dr Gustavo Sarria - INEN - Perú

Cuello uterino11%

Mama 9%

Pulmón 8%

Hígado 7%

Estómago 15%

Otros 27%Colon 6%

Tipos de cáncer más frecuentes en el Perú ‐ MUJERES

26/01/2017

CIRUGÍA, RADIOTERAPIA Y QUIMIOTERAPIA EFECTOS SECUNDARIOS NO DESEADOS

‐ Generalmente los medicamentos nodiferencian las células normales de lascélulas del cáncer.

‐ Descenso de los glóbulos rojos en lamédula ósea

‐ La radioterapia destruye las células cancerosas que se están dividiendo, pero también afecta las células en división de los tejidos normales.

Radioterapia

Quimioterapia

Cirugía

TRATAMIENTOS CONVENCIONALES:

Alternativa que promete:

Nanopartículas de oro para el diagnóstico y tratamiento del cáncer: “Teragnosis”

Nanocluster

Nanorod

Nanoestrella

NanoesferaNanocubo

Ramificado

Si

1 nm 100 nm

Nano‐shell

S. Wilhelm y col; Nature Review, 2016. 

26/01/2017

Q

Luz IREmisión de

calor

Anticuerpo (Vectorización activa)

Drug Delivery(Nanotransportador de medicamentos, nano-

SED)

RMI Imagen

Recubrimiento (Vectorización pasiva)

ESTUDIOS DE FUNCIONALIDAD DE LOS NANORODS DE ORO

NIR

e‐ e‐e‐ +e‐++ +

e‐e‐

e‐

+e‐

+

++

Banda Longitudinal

Banda Transversal

E

26/01/2017

Fundamento físico: Resonancia de Plasmón Superficial ‐ RSP“Oscilación colectiva de los electrones de conducción”

max

26/01/2017

J. T. Lin, Biomedical Optics & Medical Imaging

6.38795.2R.A.(nm)λmáx

máx

Teoría de Gans: max vs. razón de aspecto (R.A)

Razón de aspecto:R.A. = (L/D ) > 1

NIR

máx

Banda longitudinal

26/01/2017

“Ventanas” biológicas Rango espectral de operación de algunas NPs

Interacción láser - piel

D. Jaque et. al, Nanoscale, 2014, 6, 9494

Condiciones fisiológicas favorables para la incorporación de nanopartículas enlos tejidos:

Transporte basado en el efecto de permeación y retención aumentada en un proceso inflamatorio (Enhanced Permeation and Retention, EPR)

S. Wilhelm y col; Nature Review, 2016. 

“Los nanosistemas SED atraviesan fácilmente el endotelio de los vasos sanguíneos que irrigan eltumor debido a la existencia de grandes espacios en los mismos y retenidos por la pobre irrigaciónlinfática”.

Q

Nanorods

POTENCIAL APLICACIÓN: TERAPIA FOTOTÉRMICA, Modelo: CÁNCER DE MAMA

Hipertermia inducida porláser NIR:

Radiación no ionizante

Q = 16.855Δ T, mW

Zhenpeng Q, et. al, ScientificReports, 2016

D. Jaque et. al, Nanoscale, 2014, 6, 9494

26/01/2017

37°C

41°C

48°C

60°C

DIA

TER

MIA

HIP

ERTE

RM

IALe

sión

irrev

ersi

ble

o Incremento en el flujo sanguíneo

o Se mantiene la homeostasis celularo Incremento en rapidez de difusión a

través de la membrana

o Despliegue y agregación de proteínaso Incremento de susceptibilidad a la

radiación y quimioterapiao Daño irreversible para largas

exposiciones (>60 min)

o Desnaturalización severa e irreversiblede proteínas

o Daño y desnaturalización de DNAo Daño irreversible para cortas

exposiciones (4 a 6 min)

Coagulación de proteínas casiinstantánea

Métodos de Síntesis de Nanorods de Au ‐ Coloides

Ruta química - mediado por “semillas”«Bottom up»

Precursor: HAuCl4(Fuentes de iones Au+3)

1. Reducción y nucleación de semillas (nanoesferas de Au):

Precursor Cluster

NaBH4 (Brush)

Na3C6H5O7 (Turkevich)

2. Crecimiento de nanorods (coloides) con banda de plasmón en el NIR:

Estabilización electrostática ó estérica (CTAB)

Funcionalizados

HAuCl4 CTAB* (Surfactante) AgNo3 C6H8O6 Semillas mPEG-SH (Funcionalización)

(*) CTAB: Cetyltrimethylammonium bromide

PROYECTO INNOVATE PERÚDESARROLLO Y PRODUCCIÓN DE NANORODS DE ORO CON POTENCIAL APLICACIÓN EN TERAPIA FOTOTÉRMICA A PARTIR DE ORO METALICO DE  ALTA  PUREZA  PROCEDENTE DE LA REGIÓN LA 

LIBERTAD

EQUIPO INVESTIGADOR: Dr. Luis M. Angelats Silva – Investigador Principal (UPAO)Dr. Sixto R. Prado Gardini – Coordinador general (UPAO)Dr. Wilder Aldama Reyna – UNT (Entidad Asociada)PhD. Kevin A. Willkinson – (UPAO)Méd Veter. MSc. José Villena Suárez ‐ (UPAO)Lic. David Asmat Campos, Lic. En Física ‐ RR HHIng. Quím. MSc. Daniel Sánchez Vaca ‐ TesistaMSc. Jesús Rivera Esteban, ‐ Tesista

UNT

Colaboradores LABINM; Analistas: Lic. Henry León León y Heraldo De la Cruz B.

SUBVENCIÓN: S/. 323,041.06

1. Obtención y validación del precursor “hecho en casa”: Ácido Cloroáurico

Lámina de Oro metálico  La Libertad ‐ Perú

10X

Materia prima:

Precursor:HAuCl4 .3H20

0.006898M

200 250 300 350 400 450 5000.0

0.5

1.0

1.5

Longitud de onda, (nm)

Abso

rban

cia

HAuCl4.3H2O - Standar

0.00003 M 0.00005 M 0.000065 M 0.00007 M

200 250 300 350 400 450 5000

1

2

3

HAuCl4.3H2O - Home made

Abso

rban

cia

Longitud de onda, (nm)

0.00003 0.00004 0.00005 0.00006 0.000070.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Abs

orba

ncia

Máx

Molaridad ( M)

R2 = 0.99017

HAuCl4 ‐ 0.001M5 mL

CTAB, 0.20 M5 mL

Nitrato de plata –0.004 M

77 M ‐ 206 M

Acido ascórbico 0.0788M100 L 

Crecimiento de nanorods de oro con banda de plasmón en NIR:

Semillas de oro36 L

Nanorods de Au coloidal 

Variando la concentración de nitrato de plata (AgNO3):

26/01/2017

Imágenes por STEM: (a) 134 M, (b) 170 M y (c) 206 ML. Angelats S. y col, MRS Advance, 2016. 

26/01/2017

Nitrato de plata (M)

Z potencial(mV)

Razón de aspecto (L/D)

134 +20.44 5.2

170 +32.53 6.0

206 +26.74 5.4

Pellets de Nanobarras

Patrón XRD de Nanobarras de oro con 170 M de nitrato de plata

Valores de Z-potencial (NICOMP NANO Z 3000):

DIFRACTÓMETRO DRX

110

Micelas de CTAB ‐AuCl2‐Semillas 

cubiertas con CTAB  

Au‐NPs en crecimiento (Desarrollo de planos 

cristalinos) 

100

Adsorción de iones de Ag+ en lafamilia (110) debido a lapresencia de iones bromuro Br‐

Crecimiento preferencial en la dirección Z ‐ (100)

CTAB‐AuCl2 (Ag+ – Br‐)

Mecanismo de crecimiento con AgNO3

Ag0 en Au 100

Crecimiento XY debido al enlace Ag+‐ Cl‐ (exceso de 

AgNO3) 

26/01/2017

2 4 6 8 10 12 14keV

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

cps/eV

C O

Ag

Ag

Au Au

Au

Br Br

Spectrum: Acquisition 223

Element Series unn. C norm. C Atom. C Error (3 Sigma)[wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%]

-------------------------------------------------------Carbon K-series 8.55 9.64 58.46 4.26Oxygen K-series 1.24 1.40 6.36 0.99Silver L-series 1.75 1.97 1.33 0.26Gold L-series 74.36 83.86 31.00 5.53Bromine K-series .78 3.13 2.85 0.33-------------------------------------------------------

Total: 88.67 100.00 100.003

SEM TESCAN – VEGA 3 LMU (LABINM – UPAO)L. Angelats y col.

Refs. (1) W. Shi and et al. , (2) B. Nikoobakht and M.A. El‐Sayed , (3) K. Khai Ling and et al.

26/01/2017 MRS SPRING MEETING 2016_PH

CTAB/BDAC(5 mL)

HAuCl4.3H2O 0.0010M 

AgNO3 –0.004M

AA ‐0.0788 M

Semillas de oro 

(a) 0.04(b) 0.11(c) 0.18(d) 0.29(e) 0.36

(f) 0.75

5 mL 450 L 100 L 36 L

t10 min 17 h 18 h

Efecto de la razón molar BDAC/CTAB:

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8600

650

700

750

800

850

900

950

1000

Asp

ect r

atio

Long

itudi

nal p

lasm

on p

eak,

nm

BDAC/CTAB molar ratio

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

400 500 600 700 800 900 1000 11000.0

0.5

1.0

1.5

fed

b

a

c954.0 nm

BDAC/CTAB molar ratio Abs

orba

nce

Wavelength, ( nm)

a. 0.04 b. 0.11 c. 0.18 d. 0.29 e. 0.36 f. 0.75

Efecto de la razón molar BDAC*/CTAB:

26/01/2017

max

(*) BDAC: Benzyldimethylammonium chloride

26/01/2017

26/01/2017

HAuCl4 ‐ 0.001M5 mL

BDAC/CTAB, 0.755 mL

Nitrato de plata –0.004 M500 L

Acido ascórbico 0.0788M80 ‐ 130 L 

Semillas42 L

Efecto del volumen de ácido ascórbico (AA);  BDAC/CTAB – 0.75:

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 14000.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

1069 nm

1079 nm

Nanorods de oro en CTAB/BDAC 0.75 - variando ácido ascórbico ( AA)

Abs

orba

nce

Wavelength, ( nm)

80 90 100 110 120 130

AA (L)

1085 nm(A.R.)máx ~ 8.5

EVALUACIÓN DE RETENCIÓN EN SANGRE (“Blood clearance”)

[Modelo: Ratas albino Holtzman]

1. NRdsAu‐BDAC/CTAB en buffer 7.42. Funcionalizadas con mPEG‐SH (NRdsAu‐mPEG‐SH) en buffer

400 500 600 700 800 900 1000 11000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Abs

orba

nce

Wavelength, ( nm)

NBsAu-BDAC/CTAB NBsAu-BDAC/CTAB en Bufer 7.2 NBsAu-BDAC/CTAB-mPEG-SH

Z potencial (mV)

+20.44 (NRdsAu‐BDAC/CTAB)

+12.53 (NRdsAu‐BDAC/CTAB en buffer 7.2

‐0.11 (NRdsAu‐mPEG‐SH)

26/01/2017

Espectrómetro: ICP‐OES (Inductively Coupled Plasma, Óptico)

Standares de Au: 0.01 ppm ‐ 10 ppm

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 260

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600Comparación NrdsAu-mPEG, NrdsAu-CTAB/BDAC y PBS pH 7.4

Con

cent

raci

ón (

ng-o

ro/g

-san

gre)

( h)

NrdsAu-mPEG NrdsAu-CTAB/BDAC PBS pH 7.4

0200400600800

100012001400160018002000220024002600280030003200

Riñón

Hígado

Nrds Au-CTAB/BDAC

Riñón

Hígado

Con

cent

raci

ón (

ng-o

ro/g

-órg

ano)

Nrds Au-mPEG

Toxicidad en órganos

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 140.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

1069 nm

1079 nm

Abs

orba

nce

Wavelength, ( nm)

1085 nm

EVALUACIÓN FOTOTÉRMICA DE NANORODS DE ORO USANDO RADIACIÓN LÁSER = 1064 nm (NIR), - 500 mW

Q

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

12

14

16

18 Fototermia con láser IR , = 1064 nm - Onda continua - 500 mW

T(

C°)

Tiempo ( min)

Agua ultrapura

Nanorods Au ( máx

= 9 8 0 n m )

0 1x102 2x102 3x102 4x102 5x102 6x102 7x1022426283032343638404244464850 Fototermia con láser, = 1064 nm - Onda continua - 500 mW

Tem

pera

tura

(°C

)

Tiempo (s)

Agua ultrapura max = 1085 nm max = 1079 nm max = 1069 nm

máx

Banda longitudinal

EQUIPAMIENTO UTILIZADO - LABINM (Universidad Privada Antenor Orrego - UPAO)– ÁREA DE NANOTECNOLOGÍA-

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO –TESCAN VEGA 3 LMU – EDS‐STEM

Analizador de nanopartículas‐Z‐POTENCIAL 

ESPECTROFOTÓMETRO – Analytik‐Jena, SPECORD PLUS 250

190 – 1100 nm

ESPECTROFOTÓMETRO FT‐IR/RAMANThermo Scientific DIFRACTÓMETRO DE RAYOS X (DRX

Bruker – ECO Advance

NICOMP NANO Z 3000

26/01/2017

CONCLUSIÓN:

Es posible obtener satisfactoriamente nanorods de oro por rutaquímica con banda de plasmón longitudinal en el NIR, lo que haceposible su aplicación en terapia del cáncer mediante fototermiaempleando láser IR.

AGRADECIMIENTO

SUBVENCIÓN:

S/. 323,041.06

GRACIAS!!

Luis M. Angelats Silva26/01/2017