Evaluación teórica-experimental del cambio de temperatura en tejido por efecto fototérmico plasmónico del sistema 177Lu-AuNP-RGD

Abstract

El grupo de trabajo del Laboratorio Nacional de Investigación y Desarrollo de Radiofármacos (LANIDER) del ININ desarrolla desde hace más de 20 años radiofármacos para diagnóstico y terapia. Recientemente desarrolló uno basado en nanopartículas de oro (AuNPs) funcionalizadas con la secuencia peptídica Arg-Gly-Asp (RGD). La secuencia RGD ha mostrado una gran afinidad por las integrinas avB3 sobre expresadas en diversas células de cáncer. Cuando las AuNPs se exponen a radiación electromagnética como luz láser, se induce el efecto de resonancia de plasmón de superficie (SPR), en este, los electrones libres absorben y dispersan a la luz. Estos procesos son descritos por la teoría de Mie, la cual determina la probabilidad del proceso mediante sus secciones eficaces Cabs y Csca, y considera a la suma de éstas como la sección eficaz de extinción Cext. La 𝐶𝑎𝑏𝑠 está directamente relacionada con la producción de calor que genera la AuNP (con un alcance de temperatura de +- 800 grados centigrados ) y se ha demostrado que causa destrucción celular térmica irreversible por el aumento incontrolado de temperatura, proceso denominado Terapia Fototérmica Plasmónica. Por lo anterior, el objetivo general de este proyecto fue evaluar teóricamente el cambio de temperatura en tejido por la presencia del conjugado AuNP-RGD al ser irradiado con luz láser mediante un modelo de difusión de calor que considera los coeficientes de absorción, dispersión y extinción del sistema. De igual manera, el valor teórico se correlacionó con el valor experimental obtenido al irradiar dicho sistema con luz láser de 532 nm. El desarrollo de este proyecto se planteó en dos fases, una teórica y una experimental. En la primera, se determinaron los Cabs , Csca y Cext mediante teoría Mie, considerando a las AuNP-RGD en agua y tejido (hígado y colon). En la segunda se irradiaron muestras de AuNP-RGD en agua y tejido con un láser pulsado de Nd:YAG a una longitud de onda de 532 nm y frecuencias de repetición variables (5, 10 y 15 Hz) y se monitoreó la temperatura cada segundo usando un termopar, se construyeron las gráficas de temperatura vs tiempo y se planteó un modelo de distribución de temperatura ente los datos teóricos y los experimentales. De la teoría Mie se determinó que el Cext obtenido a 532 nm para las diferentes muestras no representa el valor máximo, sino, el 94%, 98% y 96% de su valor máximo para AuNP-RGD en agua, colon e hígado respectivamente, obtenidos a 522.5 nm y 525 nm. En la parte experimental se determinó que el incremento de temperatura a nivel macroscópico después de una irradiación de 200 s a una frecuencia de 10 Hz ó 90 s a una frecuencia de 15 Hz es alrededor de 13°C para una concentración de 6.54x1011AuNP/mL. A partir de las curvas de temperatura vs tiempo se construyó un modelo de una temperatura basado en los valores teóricos de Cabs y un factor de corrección por pérdida de masa que describe el comportamiento a nivel macroscópico del sistema. Como conclusión de este proyecto tenemos que los cálculos de los Cabs, Csca y Cext para (AuNP-RGD)-agua, (AuNP-RGD)-colon y (AuNP-RGD)-hígado ayudan a entender el incremento de temperatura observado cuando son irradiados con luz láser de 532 nm. El incremento de temperatura fue suficiente para producir muerte celular por terapia Fototérmica Plasmónica.