Therapeutic evaluation of magnetic hyperthermia using Fe3O4-aminosilane-coated iron oxide nanoparticles in glioblastoma animal model / Avaliação terapêutica da técnica de magneto-hipertermia utilizando nanopartículas de Fe3O4 recobertas com aminosilana em modelo animal de glioblastoma

ABSTRACT Objective: To evaluate the potential of magnetic hyperthermia using aminosilane-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles in glioblastoma tumor model. Methods: The aminosilane-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles were analyzed as to their stability in aqueous medium and their heating potential through specific absorption rate, when submitted to magnetic hyperthermia with different frequencies and intensities of alternating magnetic field. In magnetic hyperthermia in vitro assays, the C6 cells cultured and transduced with luciferase were analyzed by bioluminescence in the absence/presence of alternating magnetic field, and also with and without aminosilane-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles. In the in vivo study, the measurement of bioluminescence was performed 21 days after glioblastoma induction with C6 cells in rats. After 24 hours, the aminosilane-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles were implanted in animals, and magnetic hyperthermia was performed for 40 minutes, using the best conditions of frequency and intensity of alternating magnetic field tested in the in vitro study (the highest specific absorption rate value) and verified the difference of bioluminescence before and after magnetic hyperthermia. Results: The aminosilane-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles were stable, and their heating capacity increased along with higher frequency and intensity of alternating magnetic field. The magnetic hyperthermia application with 874kHz and 200 Gauss of alternating magnetic field determined the best value of specific absorption rate (194.917W/g). When these magnetic hyperthermia parameters were used in in vitro and in vivo analysis, resulted in cell death of 52.0% and 32.8%, respectively, detected by bioluminescence. Conclusion: The magnetic hyperthermia was promissing for the therapeutical process of glioblastoma tumors in animal model, using aminosilane-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles, which presented high specific absorption rate.

RESUMO Objetivo: Avaliar o potencial da técnica de magneto-hipertermia utilizando nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro recobertas com aminosilana em modelo de tumores de glioblastoma. Métodos: As nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro recobertas com aminosilana foram avaliadas quanto à sua estabilidade em meio aquoso e a seu potencial de aquecimento pela taxa de absorção específica, quando submetidas à magneto-hipertermia, com diferentes frequências e intensidades de campo magnético alternado. Nos ensaios de magneto-hipertermia in vitro, as células C6 cultivadas e transduzidas com luciferase foram avaliadas por bioluminescência na presença/ausência do campo magnético alternado, como também com e sem nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro recobertas com aminosilana. No estudo in vivo, a medida de bioluminescência foi adquirida no 21º dia após indução do glioblastoma com células C6 nos ratos. Após 24 horas, as nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro recobertas com aminosilana foram implantadas no animal, tendo sido realizada a magneto-hipertermia por 40 minutos, nas melhores condições de frequência e intensidade de campo magnético alternado testado no estudo in vitro (maior valor da taxa de absorção específica); foi verificada a diferença do bioluminescência antes e após a magneto-hipertermia. Resultados: As nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro recobertas com aminosilana se mostraram estáveis, e sua capacidade de aquecimento aumentou com o incremento da frequência e da intensidade de campo magnético alternado. A aplicação da magneto-hipertermia, com 874kHz e 200 Gauss do campo magnético alternado, determinou o melhor valor da taxa de absorção específica (194,917W/g). Quando utilizados, estes parâmetros de magneto-hipertermia in vitro resultaram em morte celular de 52,0% e in vivo de 32,8% por bioluminescência. Conclusão: A técnica de magneto-hipertermia foi promissora para o processo terapêutico de tumores de glioblastoma no modelo animal utilizando as nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro recobertas com aminosilana recobertas com aminosilana, que apresentaram alta taxa de absorção específica.

Developing new methods of spinal cord injury treatment using magnetic nanoparticles in combination with electromagnetic field / Desenvolvimento de novos métodos de tratamento de lesões medulares que usam nanopartículas magnéticas em combinação com campos eletromagnéticos / Desarrollo de nuevos métodos de tratamiento de lesiones medulares que usan nanopartículas magnéticas en combinación con campos electromagnéticos

ABSTRACT Objective: To determine the amount of loss of function after spinal cord transection of varying extents, and whether magnetic iron oxide nanoparticles, in combination with an external magnetic field, improve the rate of subsequent functional recovery in rats. Methods: The animals were divided into groups with 50%, 80% and complete spinal cord transection. The animals of all three study groups were administered magnetic iron oxide nanoparticle suspension to the area of injury. The three control groups were not administered magnetic nanoparticles, but had corresponding transection levels. All animals were exposed to a magnetic field for 4 weeks. Loss of postoperative function and subsequent recovery were assessed using the BBB motor function scale and somatosensory evoked potential monitoring on the first day after surgery, and then weekly. Terminal histological analysis was also conducted in all the groups. Results: The animals in the control or complete transection groups did not demonstrate statistically significant improvement in either the BBB scores or evoked potential amplitude over the four-week period. In the group with 50% transection, however, a statistically significant increase in evoked potential amplitude and BBB scores was observed four weeks after surgery, with the highest increase during the second week of the study. In the group with 80% transection, only improvement in evoked potential amplitude was statistically significant, although less pronounced than in the 50% transection group. Conclusion: The use of magnetic iron oxide nanoparticles in combination with a magnetic field leads to higher rates of functional recovery after spinal cord injury in laboratory animals. The mechanism of this functional improvement needs further investigation.

RESUMO Objetivo: Determinar a quantidade de perda de função depois de transecção de medula espinal de várias extensões, e se as nanopartículas magnéticas de óxido de ferro combinadas a um campo magnético externo melhoram a taxa de recuperação funcional em ratos. Métodos: Os animais foram divididos em grupos com transecção de medula espinal de 50%, 80% e completa. Os animais dos três grupos do estudo receberam suspensão de nanopartículas magnéticas de óxido de ferro na região da lesão. Os três grupos controle não receberam as nanopartículas magnéticas, mas tinhas níveis de transecção correspondentes. Todos os animais foram expostos a um campo magnético durante 4 semanas. A perda de função pós-operatória e a recuperação subsequente foram avaliadas pela escala de BBB quanto à função motora e por monitoração do potencial somatossensorial evocado no primeiro dia depois da cirurgia e, a seguir, uma vez por semana. A análise histológica terminal também foi realizada em todos os grupos. Resultados: Os animais do grupo controle ou nos grupos transecção completa não demonstraram melhora estatisticamente significante tanto nos escores BBB quanto na amplitude do potencial evocado durante o período de quatro semanas. No grupo com transecção de 50%, porém, constatou-se um aumento estatisticamente significante da amplitude do potencial evocado e dos escores BBB quatro semanas depois da cirurgia, sendo o maior aumento durante a segunda semana do estudo. No grupo com transecção de 80%, só a melhora da amplitude do potencial evocado teve significância estatística, embora inferior à verificada no grupo com transeção de 50%. Conclusões: O uso de nanopartículas magnéticas de óxido de ferro combinadas com um campo magnético, leva a taxas mais altas de recuperação funcional depois de lesão da medula espinal em animais de laboratório. O mecanismo dessa melhora precisa ser mais investigado.

RESUMEN Objetivo: Determinar la cantidad de pérdida de función después de transección de médula espinal de varias extensiones, y si las nanopartículas magnéticas de óxido de hierro combinadas a un campo magnético externo mejoran la tasa de recuperación funcional en ratas. Métodos: Los animales fueron divididos en grupos con transección de médula espinal de 50%, 80% y completa. Los animales de los tres grupos del estudio recibieron suspensión de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro en la región de la lesión. Los tres grupos control no recibieron las nanopartículas magnéticas, pero tenían niveles de transección correspondientes. Todos los animales fueron expuestos a un campo magnético durante 4 semanas. La pérdida de función postoperatoria y la recuperación subsiguiente fueron evaluadas por la escala de BBB cuanto a la función motriz u por monitorización del potencial somatosensorial evocado en el primer día después de la cirugía y, a continuación, una vez por semana. El análisis histológico terminal también fue realizado en todos los grupos. Resultados: Los animales del grupo control o en los grupos transección completa no demostraron mejora estadísticamente significativa tanto en los escores BBB como en la amplitud del potencial evocado durante el período de cuatro semanas. En el grupo con transección de 50%, sin embargo, se constató un aumento estadísticamente significativo de la amplitud del potencial evocado y de los escores BBB cuatro semanas después de la cirugía, siendo el mayor aumento durante la segunda semana del estudio. En el grupo con transección de 80%, sólo la mejora de la amplitud del potencial evocado tuvo significancia estadística, aunque inferior a la verificada en el grupo con transección de 50%. Conclusiones: El uso de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro combinadas con un campo magnético, lleva a tasas más altas de recuperación funcional después de lesión de la médula espinal en animales de laboratorio. El mecanismo de esa mejora precisa ser más investigado.

Amphotericin B: an antifungal drug in nanoformulations for the treatment of paracoccidioidomycosis / La anfotericina B: una droga antifúngica en nanoformulaciones para el tratamiento de la paracoccidioidomicosis

The use of magnetic nanoparticles (MNPs) in drug delivery vehicles must address issues such as drugloading capacity, desired release profile, aqueous dispersion stability, biocompatibility with cells and tissue, and retention of magnetic properties after interaction with macromolecules or modification via chemical reactions. Amphotericin B (AmB) is still the first choice for the treatment of severe paracoccidioidomycosis, an important systemic fungal infection caused by Paracoccidoides brasiliensis. Unfortunately, AmB causes acute side effects (mainly urinary problems) following intravenous administration, which limits its clinical use. The use of magnetic nanoparticles stabilized with biocompatible substances, together with the possibility of their conjugation with drugs has become a new nanotechnological strategy in the treatment of diseases for drug delivery to specific locations, such as the lungs in paracoccidoidiodomycosis. This review provides an overview of the disease, its etiologic agent and treatment with emphasis on the main strategies to improve the use of AmB in nanoformulations.

El uso de nanopartículas magnéticas (MNPS) en los vehículos de suministro de fármacos debe abordar cuestiones como la capacidad de carga de las drogas, el perfil deseado de liberación, estabilidad de la dispersión acuosa, biocompatibilidad con las células, tejidos y la conservación o la modificación de las propiedades magnéticas después de la interacción con macromoléculas y/o reacciones químicas. La anfotericina B (AnB) continua siendo la primera opción para el tratamiento de la paracoccidioidomicosis grave, una importante infección sistémica causada por el hongo Paracoccidioides brasiliensis. Sin embargo, la AnB causa efectos secundarios agudos (principalmente problemas urinarios) tras la administración intravenosa, limitando su uso clínico. El uso de nanopartículas magnéticas estabilizadas con sustancias biocompatibles y conjugadas con fármacos, se ha convertido en una nueva estrategia nanotecnológica para el tratamiento de enfermedades en sitios específicos, como los pulmones en paracoccidoidiodomycosis. En esta revisión se hace una descripción general de la enfermedad, su agente etiológico y su tratamiento con énfasis en la principales estrategias para mejorar el uso de AnB en nanoformulaciones.

Evaluation of umbilical cord mesenchymal stem cells labeling with superparamagnetic iron oxide nanoparticles coated with dextran and complexed with Poly-L-Lysine / Avaliação da marcação de células-tronco mesenquimais de cordão umbilical com nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro recobertas com Dextran e complexadas a Poli-L-Lisina

Objetivo: O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da marcação de células-tronco mesenquimais obtidas da parede da veia do cordão umbilical com nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas recobertas com dextran e complexadas a um agente transfector não viral denominado de Poli-L-Lisina. Métodos: A marcação das células-tronco mesenquimais foi realizada utilizando as nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas recobertas com dextran complexadas e não complexadas a Poli-L-Lisina. As nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas recobertas com dextran foram incubadas com o Poli-L-Lisina em um sonicador ultrassonico a 37ºC por 10 minutos, para a formação do complexo através de interação eletrostática. Em seguida, as células-tronco mesenquimais foram incubadas overnight com as nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas complexadas e não com Poli-L-Lisina. Após o período de incubação as células-tronco mesenquimais foram avaliadas quanto à internalização do complexo nanopartícula de óxido de ferro superparamagnéticas /dextran/Poli-L-Lisina e nanopartícula de óxido de ferro superparamagnéticas /dextran através de ensaio citoquímico com azul de prússia. A viabilidade celular das célulastronco mesenquimais marcadas foi avaliada através do ensaio de proliferação celular utilizando o método de 5,6-carboxy-fluoresceinsuccinimidyl-ester e de morte celular através do método de anexinaiodeto de propídeo, ambos utilizando o recurso de citometria de fluxo. Resultados: Observamos nos ensaios citoquímicos que as célulastronco mesenquimais que foram marcadas com as nanopartícula de óxido de ferro superparamagnéticas /dextran sem a Poli-L-Lisina, não internalizaram com eficiência as nanopartículas devido pouca detecção de sua presença no interior das células. As células-tronco mesenquimais marcadas com o complexo nanopartícula de óxido de ferro superparamagnéticas /dextran/Poli-L-Lisina internalizaram com eficiência as nanopartículas devido à maior presença destas no interior das células. Os ensaios de viabilidade e morte celular demonstraram respectivamente que as células-tronco mesenquimais marcadas com as nanopartícula de óxido de ferro superparamagnéticas /dextran/Poli-L-Lisina continuam proliferando ao longo de sete dias e a porcentagem de células em apoptose inicial e tardia é baixa em relação à porcentagem de células vivas ao longo de três dias. Conclusão: Evidenciamos através de nossos resultados a necessidade da utilização da Poli-L-Lisina complexada com a nanopartícula de óxido de ferro superparamagnéticas /dextran para melhor internalização nas célulastronco mesenquimais. Paralelamente, demonstramos que este tipo de marcação não é citotóxico para as células-tronco mesenquimais já que os testes de morte e viabilidade celular mostraram que as células continuam vivas e proliferando.