Nanogels as prospective Biomaterial: Radio-induced Synthesis, Characterization, and Biological Assays / Los nanogeles como biomateriales prospectivos: síntesis radioinducida, caracterización y ensayos biológicos

Nowadays, there is a growing interest in biodegradable polymers-based materials due to their diverse application in the biomedical field. Most studied systems involve biocompatible micro and nanodevices, such as liposomes, dendrimer, micelles or polymeric nanogels. The use of Radiation Technology, specifically gamma radiation, to produce micro and nanogels raises the possibility to obtain higher purity products, an important feature for biomedical and pharmaceutical applications. The radio-induced synthesis, characterization, cytotoxicity evaluation, and immunological response of nanogels are described in this study. Nanogel synthesis was performed in the absence of oxygen using aqueous polyvinylpyrrolidone solutions. Crosslinking reactions were carried out at 25 °C in a gamma irradiation chamber with a 60Co source. Nanogels properties were analysed by Scanning Electron Microscopy, Attenuated Total Reflection-Fourier Transform Spectroscopy, Dynamic Light Scattering, and Viscosimetry. The cytotoxicity and immunological response were evaluated by MTT test and analysis of the neutrophil respiratory burst. The results showed that nanogels formation strongly depends on the total absorbed dose. The nanogels have an elliptical shape and their chemical structure is similar to the initial polymer. The nanogels are biocompatible and promote a low-intensity neutrophil activation, similar to the well-characterized biomaterial TiO2, suggesting their potential biomedical uses(AU)

En la actualidad existe un interés creciente en los materiales biodegradables basados en polímeros, debido a sus diversas aplicaciones en la esfera de la biomedicina. En la mayoría de los sistemas estudiados participan micro- y nanodispositivos biocompatibles, tales como liposomas, dendrímeros, micelas o nanogeles poliméricos. El uso de la tecnología de radiaciones, en particular de radiaciones gamma, para producir micro- y nanogeles, eleva la posibilidad de obtener productos de mayor pureza, un rasgo importante con vistas a su aplicación biomédica y farmacéutica. El estudio describe la síntesis radioinducida, caracterización, evaluación de la citotoxicidad y respuesta inmunológica de los nanogeles. La síntesis de los nanogeles se realizó en ausencia de oxígeno, usando soluciones acuosas de polivinilpirrolidona. Las reacciones de entrecruzamiento se realizaron a 25 ºC en cámara de irradiación gamma con una fuente de 60Co. Las propiedades de los nanogeles se analizaron mediante microscopía electrónica de barrido, espectroscopia por transformada de Fourier total atenuada, dispersión dinámica de luz y viscosimetría. La citotoxicidad y la respuesta inmunológica se evaluaron mediante prueba MTT y análisis del estallido respiratorio de neutrófilos. Los resultados muestran que la formación de nanogeles depende en gran medida de la dosis total absorbida. Los nanogeles tienen forma elíptica y su estructura química es similar a la del polímero inicial. Los nanogeles son biocompatibles y promueven una activación de neutrófilos de baja intensidad similar al bien caracterizado material TiO2, lo que sugiere usos biomédicos potenciales(AU)

Development of a semi-empirical method to determine the efficiency of a gamma radiation detector for point sources / Desarrollo de un método semi-empírico para determinar la eficiencia de un detector de radiación gamma para fuentes puntuales

Abstract In the present work, we introduce the theoretical development and a new approach to validate a novel method to calibrate the efficiency of a gamma radiation detector for point sources, which we have named the "Efficiency Extrapolation Method". The method consists in the determination of the detector efficiency using a set of monoenergetic gamma sources, which we will refer to as reference efficiencies. From these values, we will extrapolate the detector efficiency to the complete energy range using the first principle physics of gamma radiation detection theory. Therefore the proposed method corresponds to a semi-empirical one. The determination of reference efficiencies must be done experimentally, but in this work, simulations were performed using FLUKA code. The reference energies will be: 59,54 keV, 661,66 keV and 1 274,54 keV associated to the isotopes 241Am, 137Cs and 22Na respectively. The second part of the method, the extrapolation from the reference energies to the gamma range, will be done over the energies emitted by 152Eu and 133Ba. In general, the results are very good. While the obtained results for energies 53,16 keV and greater than 344,3 keV show an excellent agreement, the results obtained for energies in the middle range are only good.

Resumen En el presente trabajo presentamos el desarrollo teórico y un nuevo enfoque para validar un nuevo método para calibrar la eficiencia de un detector de radiación gamma para fuentes puntuales, al cual hemos llamado el método de extrapolación de la eficiencia. El método consiste en la determinación de la eficiencia del detector usando un conjunto de fuentes gamma monoenergéticas, a las cuales llamaremos eficiencias de referencia. Desde estos valores, extrapolaremos la eficiencia del detector al rango completo de energías usando la física de primeros principios de la teoría de detección de radiación gamma. Por lo tanto el método propuesto corresponde a un método semiempírico. La determinación de las eficiencias de referencia debe hacerse experimentalmente, pero en este trabajo, se realizaron simulaciones usando el código FLUKA. Las energías de referencia serán: 59,54 keV, 661,65 keV y 1 274,54 keV asociadas a los isótopos 241 Am, 137Cs y 22Na respectivamente. La segunda parte del método, la extrapolación desde las energías de referencia hacia el rango gamma de las energías, será realizada sobre las energías emitidas por los isótopos 152Eu y 133Ba. En general, los resultados son muy buenos. Mientras que los resultados obtenidos para las energías de 53,16 keV y mayores que 344,3 keV muestran un excelente acuerdo, los resultados obtenidos para las energías del rango intermedio son solo buenas.

Cirugía de tiroides. Revisión histórica y nuevas tecnologías / Thyroid surgery. Historical review, new technologies

El trabajo repasa la evolución histórica en el entendimiento y en el manejo de la cirugía tiroidea. Describe los orígenes de esta cirugía y su ejecución, mucho antes de que se entendiera el funcionamiento de la glándula. Enumera los personajes más trascendentes de esta historia y cómo otras técnicas aplicadas en la cirugía oncológica general se adaptaron a la cirugía de cabeza y cuello. Se mencionan las innovaciones tecnológicas en cirugía tiroidea.

This work reviews the historical evolution of thyroid surgery, its understanding and management. It mentions the origins of this surgical procedure and its execution well before the understanding of the glandular function. The leading persons in this historical field are enumerated; and a review is made of how other techniques applied in surgical oncology were adapted in head and neck surgery. Technological innovations in thyroid surgery are enumerated.

Alarma gamma para la protección radiológica / A Gamma Alarm system for radiation protection

En el presente trabajo se describe el desarrollo de un instrumento para el monitoreo radiológico identificado como Alarma Gamma (GAMAL01). Estos monitores detectan el incremento de la tasa de conteo de la radiación y emiten una alarma cuando esta magnitud sobrepasa un umbral determinado. El umbral para la emisión de la alarma se fija de manera que esta se produzca cuando se considere que la tasa de conteo de la radiación pueda provocar una exposición inaceptable del personal a las radiaciones, de acuerdo a lo establecido por las normas de seguridad radiológica vigentes en el país. La señal de alarma indica la necesidad de realizar la evacuación del personal del sitio afectado. El instrumento consta de dos secciones: una analógica y otra digital

This paper describes the development of an instrument for radiological monitoring, identified as Gamma Alarm (GAMAL01). The instrument monitors the increment of radiation count rate and produces an alarm signal, when the count rate becomes superior to a fixed threshold value. The threshold is fixed to assure that the signal emission will start when the value of the radiation count rate may cause a non acceptable radiological exposition of the personnel, according to the radiological safety regulations existing in the country. Following the signal the personnel must be evacuated from the affected place. The instrument consists of two sections, an analogical section and a digital one

Síntesis y toxicidad de hidrogeles de poli(metacrilato de 2-hidroxietilo-co-acrilamida) obtenidos mediante irradiación con cuantos gamma / Sinthesys and toxicity of poly (2-hydroxyethyl methacrylate-co-acrylamide) hydrogels obtained by gamma photon irradiation

En el presente trabajo se reporta la obtención de hidrogeles de copolímeros de polimetacrilato de 2-hidroxietilo-co-acrilamida mediante la copolimerización y reticulación simultánea a partir de sus correspondientes monómeros y mediante irradiación con cuantos gamma. La composición del copolímero se determinó mediante análisis elemental y espectroscopia infrarroja. Adicionalmente se muestran los resultados de toxicidad de sus matrices, para ello se evaluó la acrilamida libre y se realizó el ensayo SOS en bacterias. Se comprobó que los extractos de lavados de las matrices de estos copolímeros contenían muy bajos niveles de acrilamida libre y no mostraron efecto tóxico en las células de E. coli para ninguno de los tiempos evaluados

In this paper is reported the obtaining of hydrogels from poly hydroxyethyl methacrylate-co-acryla-mide, by simultaneous crosslinking copolymerization from corresponding monomers by gamma photon irradiation. The composition of network chains in the copolymer was estimated from elemental analysis and infrared spectroscopy. Additionally, the toxicity of these materials was tested finding the free acrylamide and biological assay SOS in bacteria. The extracts of washed matrices of copolymers showed low level of free acrylamide. Moreover, they were non toxic on the E. coli cells tested at any time

Electron and positron contributions to the displacement per atom profile in bulk multi-walled carbon nanotube material irradiated with gamma rays / Aporte de electrones y positrones al perfil de desplazamientos atómicos en materiales masivos de nanotubos de carbono de paredes múltiples irradiados con rayos gamma.

The electron and positron contributions to the effective atom displacement cross-section in multi-walled carbon nanotube bulk materials exposed to the gamma rays were calculated. The physical properties and the displacement threshold energy value reported in literature for this material were taken into account. Then, using the mathematical simulation of photon and particle transport in matter, the electron and positron energy flux distributions within the irradiated object were also calculated. Finally, considering both results, the atom displacement damage profiles inside the analyzed bulk carbon nanotube material were determined. The individual contribution from each type of secondary particles generated by the photon interactions was specified. An increasing behavior of the displacement cross-sections for all the studied particles energy range was observed. The particles minimum kinetic energy values that make probabilistically possible the single and multiple atom displacement processes were determined. The positrons contribution importance to the total number of point defects generated during the interaction of gamma rays with the studied materials was confirmed.

Se presentan los resultados del cálculo de las contribuciones de los electrones y los positrones a la sección eficaz de desplazamiento de los átomos de carbono en materiales masivos constituidos por nanotubos de paredes múltiples. Para ello se tomaron en consideración las propiedades físicas y la energía umbral de desplazamiento del carbono reportadas en la literatura para este material. Se calculó también la distribución espacial de los flujos energéticos de los electrones y positrones dentro del blanco irradiado utilizando la simulación matemática del transporte de los fotones y las partículas en la materia. Considerando ambos resultados, se determinaron los perfiles de daño por desplazamientos atómicos dentro del material masivo analizado, particularizando el aporte de cada tipo de partícula secundaria generada por la interacción de los fotones. Los resultados mostraron el comportamiento creciente de las secciones eficaces de desplazamiento en todo el rango de energía cinética evaluado. Se determinaron los valores de energías cinéticas de electrones y positrones a partir de los cuales son probabilísticamente posible los procesos de desplazamientos atómicos simples y múltiples. Se confirmó la importancia del aporte de los positrones al número total de defectos puntuales generados durante la interacción de los rayos gamma con el material estudiado.

Hydrogel wound dressing preparation at the laboratory scale by using electron beam and gamma radiation / Preparación de apósitos de membranas de hidrogeles a escala de laboratorio mediante haz de electrones y radiación gamma

The present work describes the preparation of hydrogel based on cross-linked networks of poly (N-vinylpirrolidone), PVP, with polyethyleneglicol and agar with 90% water and PVP nancomposites with a synthetic nanoclay, Laponite XLG, for use as burn dressings. These systems were obtained in two ways: using gamma Co-60 and electron beam radiation. The gelation obtained dose was Dg= 1.72 kGy. The elastic modulus of hydrogel was independent of the method of irradiation. It was 0.39 MPa for the hydrogel irradiated with gamma Co-60 and 0.38 MPa for electron beam irradiation. The elastic modulus of the nanocomposite membrane was 1.25 MPa, three times higher. These results indicate that the PVP/Laponite XLG nanocomposite hydrogel membrane is the best choice for wound dressing applications due to its high water sorption capacity and its superior mechanical properties.

En el presente trabajo se describe la preparación de hidrogeles basados en redes entrecruzadas de poli (N-vinilpirrolidona), PVP con polietilenglicol, agar y un 90% de agua, y nanocomposites de PVP con una nanoarcilla sintética, la Laponita XLG para su empleo como apósito para quemaduras. Estos sistemas se obtuvieron por dos vías: radiación gamma de Co-60 y haz de electrones. La dosis de gelificación obtenida fue de Dg= 1.72 kGy. El módulo elástico de los hidrogeles resultó independiente del método de irradiación, siendo igual a 0.39 MPa para el irradiado con Co-60 y 0.38 MPa para el irradiado con haz de electrones. El módulo elástico de la membrana de nanocomposite fue 3 veces superior, 1.25 MPa. Estos resultados muestran que los hidrogeles de nanocomposites de PVP/Laponita XLG resultan superiores para su aplicación en el tratamiento de quemaduras, por su alta capacidad de sorción de agua y sus mejores propiedades mecánicas.

Effect of preconception gamma irradiation on morphometric assessment of adult female mice and embryo / Efecto de la irradiación gamma preconcepción sobre la evaluación morfométrica de ratones hembras adultas y embriones

The aim was to study the effect of preconception gamma irradiation on the gross morphometry of the adult female mice and its embryo. Twenty-seven mice; 18 females and 9 males: subdivided into 3 groups namely (Control, Non-Irradiation and Radiation) containing 6 females and 3 male mice each in 2:1 ratio. A gamma irradiation dose of 1Gy/min was delivered to each batch of mice exposed by a Cobalt 60, Theratron 780c model, by Atomic Energy of Canada Limited (AECL) at the Radiotherapy department of the University College Hospital, Ibadan. All the animals were mated 1 week post irradiation. Vaginal plugs were confirmed, and the pregnant females were sacrificed on day 14 of gestation by chloroform inhalation. The gross morphology of the female mice and their harvested litters were assessed and statistically analysed. A total of 113 embryos were harvested in all groups; 54 for Control, 50 for Non-Irradiated and 9 for the irradiation group. The gross morphologic assessments of the fetuses were statistically significant at P value < 0.05 for all the 3 groups compared. These findings suggest that a preconception irradiation affects the morphology of the female mice and its progeny.

El objetivo fue estudiar el efecto de la irradiación gamma antes de la concepción sobre la morfometría macroscópica de ratones hembra adultos y los embriones de sus crías. Veinte y siete ratones, 18 hembras y 9 machos, divididos en 3 grupos (control, sin irradiación e irradiado) con 6 hembras y 3 machos cada uno en proporción 2:1. Una dosis de radiación gamma de 1 Gy/min fue aplicada a uno de los ratones expuestos por un equipo Cobalt 60, Theratron modelo 780c, Atomic Energy of Canada Limited (AECL) en el departamento de radioterapia del Hospital University College de Ibadan. Todos los animales se aparearon 1 semana después de la irradiación. Se confirmaron los tapones vaginales, y las hembras preñadas fueron sacrificadas en el día 14 de la gestación por inhalación de cloroformo. La morfología general de los ratones hembras y sus camadas fueron evaluadas y analizadas estadísticamente. Un total de 113 embriones se recolectaron en todos los grupos, 54 del grupo control, 50 del grupo no irradiados y 9 del grupo irradiado. Las evaluaciones morfológicas macroscópicas de los fetos fueron estadísticamente significativas (p<0,05) para los 3 grupos de comparación. Estos hallazgos sugieren que una irradiación previa a la concepción afecta a la morfología de los ratones hembra y su progenie.

Monte Carlo calculation of carbon atom displacement damage in C60 fullerene bulk materials irradiated with gamma rays / Cálculo por Monte Carlo del daño por desplazamientos de los átomos de carbono en materiales masivos basados en fullerenos C60 irradiados con rayos gamma

The displacement per carbon atom cross-sections behaviors with the secondary electron and positron kinetic energy for spherical fullerene C60 molecules are calculated. To accomplish this, the McKinley-Feshbach approach and the Kinchin-Pease approximation were taking into account, using two different displacement threshold energies. The total displacements per atom number generated indirectly by the photons in bulk samples composed of C60 fullerenes is also calculated. Besides, the behaviors of secondary particles contributions with the used displacement threshold energies and incident photon energies are determined. The in-depth distribution of electron and positron contributions and their relationship with the total displacements number are presented and debated. It was found that the positrons contribution to the total atom displacements number is very significant in processes involving the interaction of gamma quanta with energy up to 100 MeV in C60 fullerenes bulk samples.

Teniendo en cuenta las aproximaciones de McKinley-Feshbach y Kinchin-Pease se calcularon los comportamientos de las secciones eficaces de desplazamientos de los átomos de carbono en moléculas esféricas de fullereno C60, en función de la energía cinética de los electrones y positrones secundarios para dos valores de energía umbral de desplazamiento. También se calcularon el número total de desplazamientos atómicos generados de manera indirecta por los fotones en las muestras masivas de fullerenos C60 estudiadas. Además, se estudió el comportamiento de las contribuciones electrónicas y positrónicas, determinando sus dependencias con las energías de desplazamientoutilizadas y la energía de los fotones incidentes. Se presentan y debaten la distribución en profundidad de las contribuciones de los electrones y positrones, así como la relación entre ellos y el número total de desplazamientos. El aporte de la contribución de los positrones al número total de desplazamientos atómicos generados durante el proceso de interacción de los cuantos gamma de energías hasta 100 MeV con muestras masivas de fullerenos C60 se discutió lo que este resulta muy significativo.

Acción protectora de la melatonina sobre células mononucleares de sangre periférica humana sometidas a radiación gamma Co60 / Ação protetora da melatonina nas células mononucleares do sangue periférico humano submetido à radiação gama co60 / Protective action of melatonin on human peripheral blood mononuclear cells exposed to gamma radiation Co60

Objetivo: Evaluar el efecto protector de la melatonina sobre células mononucleares de sangre periférica (CMSP) humana expuestas in vitro a radiación ionizante. Materiales y métodos: Las CMSP de donantes sanos fueron incubadas con melatonina en concentraciones de 0,1x10-5, 1x10-6 y 1x10-7 M durante 10 minutos antes de ser expuestas a rayos gamma (300cGy, fuente de Co60); posteriormente el daño del ADN fue evaluado mediante el Ensayo del Cometa. Resultados: Las CMSP pre-tratadas con melatonina presentaron cometas con colas de menor longitud que las no tratadas así como un porcentaje menor de células con daño severo del DNA. Conclusión: Concentraciones de melatonina de 1x10-5, 1x10-6 y 1x10-7 M protegen in vitro a las CMSP del daño en el ADN ((rupturas de cadena sencilla y sitios lábiles al álcali) inducido por rayos gamma...

Protective action of melatonin on human peripheral blood mononuclear cells exposed to gamma radiation Co60. Objective: to evaluate the protective effect of melatonin on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) exposed in vitro to ionizing radiation. Materials and methods: PBMCs drawn from healthy volunteers were incubated with 0, 1x10-5, 1x10-6 y 1x10-7 M melatonin for 10 minutes before being exposed to gamma radiation (300 cGy; Co60 source). Afterwards, DNA damage was evaluated with the comet assay. Results: PBMCs pretreated with melatonin showed comet tails shorter than those without the hormone treatment, as well as a lower percentage of cells with severe DNA damage. Conclusion: melatonin doses of 1x10-5, 1x10-6 and 1x10-7 M provide in vitro protection to PBMCs fromDNA damage (single strand breaks and alkali-labile sites) induced by gamma radiation (300 cGy; Co60 source)....

Ação protetora da melatonina nas células mononucleares do sangue periférico humano submetido à radiação gama co60. Objetivo: Avaliar o efeito protetor da melatonina sobre células mononucleares do sangue periférico (CMSP) humano, expostas in vitro àradiação ionizante. Materiais e Métodos: As CMSP de pessoas sadias foram incubadas com melatonina em concentrações de 0,1x10-5, 1x10-6 y 1x10-7 M durante 10 minutos antes de serem expostas a raios gama (300cGy, fonte de Co60); posteriormente, o dano do DNA foi avaliado mediante o Teste do Cometa. Resultados: As CMSP previamente tratadas com melatonina apresentaram cometas com caudas demenor comprimento que as não tratadas, assim como uma porcentagem menor de células com dano severo do DNA. Conclusões:Concentrações de melato ina de 1x10-5, 1x10-6 e 1x10-7 M protegem in vitro as CMPS do dano no DNA (rupturas de cadeia simples e sítios débeis ao álcali) induzido pelos raios gama....

Influencia de la radiación gamma como método de esterilización sobre el polímero poli VPAVG (Valina-Prolina-Alanina-Valina- Glicina) / Influence of gamma radiation as a sterilization method on polymer poli VPAVG (Valine- Proline- Alanine-Valine-Glicine)

El polímero poli (VPAVG) pertenece a la familia de materiales bioelásticos derivados de la elastina y ha demostrado poseer cualidades óptimas para la formación de sistemas de cesión controlada, así como una biocompatibilidad aceptable en determinados tejidos. Las formulaciones preparadas a partir del biomaterial deben ser estériles, si se pretende administrar por una vía que implique ruptura de barreras biológicas. Por lo anterior, resulta esencial conocer el comportamiento del polímero y sus formulaciones frente al proceso de esterilización empleado. El objetivo de este trabajo fue, por tanto, evaluar la influencia de la radiación gamma como método de esterilización sobre las ca - racterísticas físicas del poli (VPAVG) y de las partículas for - madas con éste. En cuanto al polímero, no se apreciaron diferencias en su apariencia física antes y después de la esterilización. Sin embargo, las partículas obtenidas a partir del poli (VPAVG) y posteriormente esterilizadas experimentaban cambios en su morfología. En cuanto al tamaño de las partículas, se determinó que las obtenidas con polímero esterilizado presentaban cierta tendencia a formar agregados de menor tamaño que los encontrados con el polímero sin esterilizar. Se concluyó que el biomaterial ensayado y las formulaciones eran susceptibles a las radiaciones gamma como método de esterilización final, proponiéndose recurrir a otro tratamiento que garantice su esterilidad final.

The poli polymer (VPAVG) belongs to the family of bioelastic materials derived from elastin, and it has showed the best qualities for the creation of systems of controlled cession, as well as an acceptable biocompatibility in certain tissues. If any preparation made from this biomaterial has to be administered in any way that implies the rupture of biological barriers, the preparation must be sterile. By this means, it is essential to know the behaviour of this polymer and its formulations, facing the sterilization process being used. The objective of this research was learn the influence of gamma radiation as a sterilization method over the physical characteristics of poli (VPAVG) and the particles formed by it. As the polymer, we did not observe any differences in physical appearance before and after sterilization. Particles formed by the polymer (VPAVG) and sterilized after, experimented changes in their morphology. As the size of the particles, we observed that those obtained with the sterilized polymer showed a tendency to form smaller aggregates than those found with the non-sterilized polymer. We concluded that the essayed biomaterial and its formulations were susceptible to gamma radiations as final sterilization method, proposing to use another treatment to guarantee the final sterile condition.