Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Nanopartículas multifuncionales para suministro controlado de enzimas |
| Autor: | Montero Oleas, Andrea Cristina |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química, Física de Los Materiales, Medioambiente y Energía (INQUIMAE)
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| Fecha de defensa: | 2024-11-08 |
| Fecha en portada: | 08 de noviembre de 2024 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Inorgánica, Química Analítica y Química Física |
| Departamento Docente: | Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física |
| Director: | Aldabe Bilmes, Sara Alfonsina |
| Director Asistente: | Cattoën, Xavier |
| Consejero: | Marceca, Ernesto José |
| Jurado: | Battaglini, Fernando; Kogan, Marcelo; Cortez de Zea Bermúdez, Verónica; Albela, Belén; Peyrin, Eric |
| Idioma: | Inglés |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7694_MonteroOleas |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7694_MonteroOleas.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7694_MonteroOleas |
| Ubicación: | QUI 007694 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Montero Oleas, Andrea Cristina. (2024). Nanopartículas multifuncionales para suministro controlado de enzimas. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7694_MonteroOleas |
Resumen:
Los nanomateriales ofrecen un gran potencial para dirigir moléculas hacia lugares específicos dentro de fluidos. Se han explorado diversos tipos de nanoobjetos, como liposomas, polímeros y nanopartículas, como nanovehículos (NVs). Entre ellos, los NVs inorgánicos son especialmente ventajosos debido a su bajo costo, buena biocompatibilidad y la capacidad de modificar su superficie para una liberación dirigida. Dentro de un nanovehículo, una molécula está protegida de la degradación y puede liberarse en el sitio deseado mediante estímulos externos como químicos, magnetismo, luz o ultrasonido. La luz es especialmente prometedora por ser no invasiva y permitir el control remoto. Las nanopartículas de sílice mesoporosa (mSiO2) destacan por su tamaño ajustable, su estructura porosa y la posibilidad de funcionalizar la superficie, lo que las hace ideales para aplicaciones en nanomedicina. Las nanopartículas de oro (AuNPs) aportan propiedades únicas a los sistemas basados en mSiO2 gracias a sus bandas de resonancia plasmónica superficial localizada. Esto permite una conversión eficiente de luz en calor mediante el efecto fototérmico. Esta combinación de alta capacidad de carga y propiedades fototérmicas se utiliza en las partículas core-shell Au@mSiO2. Para diseñar estas partículas, es crucial considerar factores como el diámetro de las partículas, el tamaño y la funcionalización de los poros, y la forma del core de oro para optimizar la eficiencia fototérmica y la liberación dirigida. Esta tesis presenta una nueva síntesis de partículas de Au@mSiO2 con poros grandes, con el objetivo de encapsular proteínas de manera efectiva para aplicaciones en terapia proteica. Se exploró el mecanismo de síntesis mediante un método one-pot, logrando un diseño reproducible de partículas Au@mSiO2 con un control preciso del tamaño. Para obtener partículas con poros grandes, se utilizaron métodos de síntesis por crecimiento de semillas, donde se creció una capa de sílice con poros más grandes sobre una semilla pre-sintetizada. Se investigaron dos estrategias para crear estas estructuras: (1) usar agentes expansores de poros para producir capas de sílice con poros de hasta 7 nm de diámetro, y (2) emplear crecimiento estratificado en un medio bifásico, donde grandes hemimicelas actuaron como plantillas para crear poros de hasta 20 nm de diámetro. La estabilidad de las partículas sintetizadas se evaluó en condiciones que simulan ambientes fisiológicos (100 mM PBS) para determinar su fiabilidad en aplicaciones biomédicas. La estabilidad de las nanopartículas dependió del método de síntesis y de la concentración de partículas. El método de crecimiento bifásico resultó en nanopartículas más estables, que mantuvieron su forma durante hasta 3 días en un medio de alta salinidad, incluso a concentraciones por debajo del límite de solubilidad de la sílice. Se demostraron las capacidades de retención y protección de proteínas de las nanopartículas sintetizadas utilizando tres proteínas modelo: albúmina de suero bovino, peroxidasa de rábano y proteína fluorescente roja, cada una con estructuras y pesos moleculares diferentes. Los resultados mostraron que la capacidad de absorción de proteínas estaba directamente relacionada con el tamaño de los poros y la estructura de las proteínas. Además, las proteínas encapsuladas en nanopartículas de poro grande demostraron una mayor estabilidad en comparación con las proteínas libres en solución, indicando que las paredes de los poros protegen eficazmente las proteínas de factores de estrés ambientales. En conclusión, esta tesis presenta un método de síntesis optimizado que combina métodos one-pot y crecimiento bifásico para producir nanopartículas con tamaños de poro ajustables (de 3 a 20 nm), diámetros finales controlados (~100 nm), alta estabilidad en condiciones cercanas a las fisiológicas, y que son óptimas para retener proteínas. Estas nanopartículas de Au@mSiO2 con poros grandes representan un avance significativo en el campo de la nanomedicina, ofreciendo una plataforma prometedora para la liberación controlada de proteínas.
Abstract:
Nanomaterials hold great potential for directing molecules through fluids to specific sites. A diversity of nano-objects, such as liposomes, polymers or nanoparticles have indeed been explored as nanovehicles (NVs). Among these, inorganic-based NVs are particularly advantageous due to their low cost, good biocompatibility, and versatility to be surface-modified for targeted delivery. Transported within a nano-vehicle, a molecule is protected from degradation and can be released at the target site by external stimuli such as chemical, magnetic, light, or ultrasound triggers. Light, in particular, is promising due to its non-invasive nature and capability for remote control. Mesoporous silica nanoparticles (mSiO2) stand out due to their tunable size, porous structure, and surface functionality, making them suitable for applications in nanomedicine. Gold nanoparticles (AuNPs) add unique properties to mSiO2-based systems with their localized surface plasmon resonance bands, enabling efficient light-to-heat conversion through the photothermal effect. This combination of high loading capacity and photothermal properties is harnessed in core-shell Au@mSiO2 particles. Designing these particles requires careful consideration of factors such as the diameter of the core-shell particles, the size and functionalization of the pores, and the shape of the gold core to optimize photothermal efficiency and targeted delivery. This thesis introduces a novel synthesis of large-pore Au@mSiO2 particles aimed at effectively encapsulating proteins, with potential applications in protein therapy. The synthesis mechanism was systematically explored through a one-pot method, resulting in a rational and reproducible design of Au@mSiO2 particles with precise size control. To achieve large-pore Au@mSiO2 particles, seed-growth synthesis methods were employed, wherein a silica shell with larger pores was grown on a pre-synthesized seed. Two strategies were investigated for creating large-pore structures: (1) using pore-expanding agents to produce silica shells with pores up to 7 nm in diameter, and (2) employing stratified growth in a biphasic medium, where large hemimicelles acted as templates to create pores up to 20 nm in diameter. The stability of the synthesized particles was assessed under conditions simulating physiological environments (100 mM PBS) to evaluate their reliability for biomedical applications. The stability of the nanoparticles was found to depend on both the synthesis method and particle concentration. Notably, the biphasic growth method produced the most stable nanoparticles, which maintained their morphology for up to 3 days post-incubation in high-salinity medium, even at concentrations below the silica solubility limit. The protein retention and protection capabilities of the synthesized nanoparticles were demonstrated using three model proteins—bovine serum albumin, horseradish peroxidase, and red fluorescent protein—each possessing distinct structures and molecular weights. The results indicated that protein absorption capacity was directly correlated with pore size and protein structure. Moreover, the stability of the adsorbed proteins was examined, revealing that proteins encapsulated within large-pore nanoparticles exhibited greater stability compared to free proteins in solution. In conclusion, this thesis presents an optimized synthesis method combining one-pot and biphasic growth approaches to produce nanoparticles with adjustable pore sizes (ranging from 3 to 20 nm), controlled final diameters (~100 nm), high stability under near physiological conditions, and optimal protein retention. These large-pore Au@mSiO2 nanoparticles represent a significant advancement in the field of nanomedicine, offering a promising platform for controlled protein delivery.
Citación:
---------- APA ----------
Montero Oleas, Andrea Cristina. (2024). Nanopartículas multifuncionales para suministro controlado de enzimas. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7694_MonteroOleas
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Montero Oleas, Andrea Cristina. "Nanopartículas multifuncionales para suministro controlado de enzimas". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7694_MonteroOleas
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