Desarrollo de una nano-plataforma basada en puntos de carbono co-dopados con N y Gd3+ como potencial agente radio-sensibilizante

Abstract

(ing) Cancer is one of the main causes of death in the world, and it is treated from different approaches or clinical treatments, seeking to eliminate or reduce the size of the tumor. Radiotherapy is one of the most used treatments, and its objective is to induce cell death as a consequence of DNA chain breaks produced by ionizing radiation. However, radiation affects both tumor cells and healthy cells, producing harmful side effects for the patient. Despite the great advances in the generation of radiotherapy technologies, it is necessary to develop new strategies that allow radiation to be concentrated in tumor tissues and reduce interaction with healthy tissues. These effects can be achieved through the development of radiosensitizing or radioprotective agents, respectively. Carbon points (CPs) are an option for the development of new strategies. These nanoparticles based mostly on sp2/sp3 carbons reported as biocompatible, present colloidal impermeable stability, exhibit fluorescence, and can be used as a basis for the design of radiosensitizing agents. In order to increase the efficiency of radiotherapy, this paper presents the synthesis, characterization and preliminary cytotoxicity studies of a nano-platform based on carbon dots co-doped with N and Gd3+ (PC:N/Gd3+), as the initial phase of the development of a potential radiosensitizing agent. The incorporation of the Gd3+ ion increases the electronic density due to the high atomic number of this ion and consequently the probability of interaction with the radiotherapy photons. In addition, most PCs exhibit intrinsic fluorescence in the UV-blue range of the electromagnetic spectrum, a region where several endogenous fluorophores in human tissues have high absorption coefficients. For this reason, it is proposed to include organic nitrogen sources in the synthesis process, favoring the generation of PCs capable of emitting fluorescence at longer wavelengths where tissue autoflorescence is lower.

(spa) El cáncer es una de las principales causas de muerte en el mundo, y está tratado desde diferentes aproximaciones o tratamientos clínicos, buscando la eliminación o la disminución del tamaño del tumor. La radioterapia es uno de los más tratamientos usados, y tiene como objetivo inducir la muerte celular como consecuencia de las rupturas de la cadena de ADN producidas por radiación ionizante. No obstante, la radiación afecta tanto a células tumorales como a células sanas, produciendo efectos secundarios nocivos para el paciente. A pesar de los grandes avances en la generación de tecnologías para la radioterapia, es necesario el desarrollo de nuevas estrategias que permitan concentrar la radiación en los tejidos tumorales y reducir la interacción con los tejidos sanos. Estos efectos se pueden lograr a través del desarrollo de agentes radiosensibilizantes o radioprotectores respectivamente. Los puntos de carbono (PCs) son una opción al desarrollo de nuevas estrategias. Estas nanopartículas basadas en su mayoría por carbonos sp2 /sp3 reportadas como biocompatibles, presentan estabilidad impermeable coloidal, exhiben fluorescencia, y pueden ser usadas como base para el diseño de agentes radiosensibilizantes. Con el fin de incrementar la eficiencia de la radioterapia, en este trabajo se exponen la síntesis, caracterización y estudios preliminares de citotoxicidad de una nano-plataforma basada en puntos de carbono co-dopados con N y Gd3+ (PC:N/Gd3+), como la fase inicial del desarrollo de un potencial agente radiosensibilizante. La incorporación del ion Gd3+ aumenta la densidad electrónica debido al alto número atómico de este ion y en consecuencia la probabilidad de interacción con los fotones de la radioterapia. Además, la mayoría de los PC exhiben una fluorescencia intrínseca en el rango UV-azul del espectro electromagnético, región donde varios fluoróforos endógenos de los tejidos humanos presentan altos coeficientes de absorción. Por tal razón se propone incluir fuentes orgánicas de nitrógeno en el proceso de síntesis, favoreciendo la generación de PCs capaces de emitir fluorescencia a mayores longitudes de onda donde la autoflorescencia de los tejidos es menor.