Nanopartículas FePt recubiertas de polipirrol: Plataforma multifuncional para terapia fototérmica e imagen fotoacústica

Resumen

Se ha diseñado una novedosa plataforma de nanopartículas de hierro-platino (FePt), encapsulada con polipirrol (PPy), para combinar terapia fototérmica (PTT) e imagen fotoacústica (PAI) en el tratamiento del cáncer. Las nanopartículas FePt recubiertas de PPy (FePt@PPy) exhiben excelente biocompatibilidad, estabilidad fototérmica y fuerte absorción en el infrarrojo cercano (NIR), permitiendo ablación tumoral eficiente bajo irradiación láser de 808 nm y generación robusta de señal PA. Los estudios in vitro confirman potente eliminación de células cancerígenas y claro contraste PA, posicionando a FePt@PPy como un prometedor agente teranóstico multifuncional.

Antecedentes

La terapia fototérmica ha emergido como un enfoque altamente selectivo y mínimamente invasivo para ablación del cáncer, debido a su preciso control espaciotemporal y toxicidad sistémica limitada [1,2]. Al convertir luz NIR en calor, las nanopartículas FePt ofrecen eficiencia de conversión fototérmica superior a sus contrapartes de oro y proporcionan doble contraste TC/RM [5,6,7]. Sin embargo, la funcionalización superficial sigue siendo esencial para mejorar la estabilidad acuosa y biocompatibilidad. El polipirrol, un polímero conductor con robusta absorción NIR, estabilidad fototérmica y biocompatibilidad, se ha empleado exitosamente en diversos contextos biomédicos [11,12,13]. Este estudio reporta la síntesis de nanopartículas FePt recubiertas de PPy (FePt@PPy) y evalúa su rendimiento para PTT y PAI combinados.

Métodos

Materiales

Todos los reactivos, incluyendo Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, ácido 3-mercaptopropiónico (3-MPA), pirrol y otros, se compraron de Sigma-Aldrich y se usaron sin purificación adicional. Reactivos y medios de cultivo celular se obtuvieron de HyClone. Agua destilada se usó para todas las preparaciones acuosas.

Síntesis de nanopartículas FePt@PPy

La fabricación involucró tres pasos consecutivos:

1. Síntesis de NPs FePt hidrofóbicas: Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, 1,2-hexadecanodiol, oleilamina y ácido oleico se refluxaron a 240 °C bajo Argón. Las NPs FePt resultantes se recogieron por centrifugación y lavado con hexano.
2. Intercambio de ligando para obtener NPs FePt hidrofílicas: Se introdujo 3-MPA para reemplazar oleilamina/ácido oleico, volviendo las partículas solubles en agua. Las NPs hidrofílicas se aislaron por centrifugación y lavado con ciclohexanona, etanol y acetona.
3. Recubrimiento de polipirrol: NPs FePt hidrofílicas se dispersaron en agua, estabilizadas con PVA, y polimerizadas con pirrol en presencia de persulfato de amonio. Tras 2 h de polimerización, las NPs FePt@PPy se centrifugaron, lavaron con agua caliente y resuspendieron en PBS.

Caracterización

Microscopía electrónica de transmisión (TEM) reveló un diámetro de núcleo de 8,3 nm y espesor de capa PPy de ~10 nm, resultando en tamaño total de 42 nm. Espectroscopía de rayos X dispersiva en energía confirmó relación Fe:Pt de 20:80. Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) confirmó la presencia de grupos funcionales PPy. Espectros UV-Vis-NIR mostraron banda de absorción pronunciada en 700–900 nm, indicando fuerte actividad NIR.

Pruebas fototérmicas y de fotostabilidad

Soluciones de FePt@PPy (20–120 µg mL⁻¹) se irradiaron con láser 808 nm (1 W cm⁻², 6 min). Los aumentos de temperatura oscilaron entre 39 °C (20 µg mL⁻¹) y 71 °C (120 µg mL⁻¹). Ciclos de calentamiento/enfriamiento (seis repeticiones) mostraron desviación de temperatura insignificante y espectros UV-Vis inalterados, confirmando excelente estabilidad fototérmica.

Almacenamiento a largo plazo

Nanopartículas almacenadas a 4 °C en PBS o medios de cultivo retuvieron tamaño (< 45 nm) y características de absorción durante 30 días, indicando robusta estabilidad coloidal.

Citotoxicidad y captación celular

Ensayos MTT en células de cáncer de mama MDA-MB-231 revelaron >95% viabilidad incluso a 120 µg mL⁻¹ FePt@PPy, mientras que FePt sin recubrimiento exhibió ~80% viabilidad. Tinción de azul de Prusia confirmó internalización celular eficiente.

Terapia fototérmica in vitro

Tras 24 h incubación con FePt@PPy (10–100 µg mL⁻¹) seguida de irradiación 808 nm (1 W cm⁻², 4–6 min), la viabilidad celular disminuyó de manera dependiente de dosis y tiempo. A 100 µg mL⁻¹ y 6 min irradiación, ~70% de células fueron eliminadas, superando muchos sistemas reportados a potencias láser comparables.

Experimento de calentamiento in vivo

Inyección subcutánea de 100 µL FePt@PPy (100 µg mL⁻¹) en ratón nu/nu seguida de irradiación 808 nm (1 W cm⁻², 6 min) aumentó la temperatura cutánea ~19 °C, localizando el efecto térmico en el sitio de inyección.

Imagen fotoacústica in vitro

Estudios en fantomas con 50–200 µg mL⁻¹ FePt@PPy demostraron claro contraste PA que aumentó con la concentración, subrayando el potencial para fototerapia guiada por imagen.

Conclusiones

Las nanopartículas FePt recubiertas de polipirrol combinan alta absorción NIR, robusta conversión fototérmica, excelente biocompatibilidad y fuerte generación de señal PA. Su rendimiento in vitro e in vivo subraya su promesa como agentes multifuncionales para terapia fototérmica combinada e imagen fotoacústica.