Thermal Decomposition Magnetic Nanoparticles for Improvement of Selective Hyperthermia in Cancer Cells
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3107882Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Kreft er en av de ledende dødsårsakene i samfunnet i dag, og som et resultat av dette er kreftbehandling.ment er et stort forskningsfelt. Mange nåværende kreftbehandlinger angriper kreftceller, mener også skadelige for friske celler i kroppen. Derfor er det et stort ønske om å utvikle segbehandlinger som kan administreres lokalt på kreftstedet og minimere nega-tive effekter på de omkringliggende friske cellene. Superparamagnetiske nanopartikler av jernoksid,som genererer varme når de utsettes for vekslende magnetfelt, utforskes somet alternativ for lokale kreftbehandlinger. Varmen som genereres av nanopartikler kan værebrukes til å aktivere lokal frigjøring av medikamenter, eller for å produsere lokale temperaturendringer som resulterer ilokal hypertermi. Polymere belegg rundt nanopartikler er også nødvendig for åforbedre biokompatibiliteten og fungere som en medikamentbærer. Dette arbeidet fokuserte på å optimalisere syn-avhandling om jernoksid nanopartikler med polymert polydopamin og poly-melkesyre-ko-glykosyresyrebelegg. Målet var å utvikle metoder for å optimalisere størrelse og maksimere magnetiskegenskapene til nanopartikler. Det neste målet var å belegge partiklene for å optimalisere størrelsene,forbedre biokompatibiliteten og minimere det magnetiske tapet av partiklene.Først metoden for å skille nanopartikler fra løsningene de dyrkes i ellerspredt kan påvirke deres magnetiske egenskaper betydelig. Dermed magnetisk separasjonog sentrifugering ble sammenlignet. Vaskevolumet av etylacetat ble også variertå observere mulige trender innenfor partiklene. Deretter synteseparametrene, masseav jernforløper jernacetylacetonat, volum stabilisator trietylenglykol og anti-løsemiddelvolumet ble variert mellom forskjellige partier av sfæriske partikler dereffekter på partikkelstørrelse og magnetiske egenskaper ble studert. For å økestørrelsen på den magnetiske responsen, effekten av partikkelmorfologi gjennom enkeltnanosfærer kontra klynger av nanosfærer når det gjelder metningsmagnetisering, størrelseog spesifikk absorpsjonshastighet ble studert. Til slutt ble klynger av nanopartikler belagtmed polydopamin og PLGA, og tykkelsen på beleggene i form av partikkelstørrelse og magnetisk tap ble studert. Ingen signifikant trend ble observert i partikkelstørrelseeller magnetiske egenskaper som en funksjon av separasjonsmetode og vaskevolum. Nårved å gå videre til synteseparametervariasjonene ble det observert liten eller ingen trend. Størrelser påpartikler varierte fra 5-14 nm. Partiklenes metningsmagnetisering varierte fra 45-54emu/g uten noen åpenbar trend innenfor partiklene sammenlignet med størrelser, selv om batchermed høyeste forhold mellom tilsatt jernforløper og reaksjonsløsningsmiddel syntes å hahøyere metningsmagnetisering basert på størrelse, men flere batcher må undersøkeså sammenligne. Det ble også observert at nanosfærer hadde spesifikk absorpsjonshastighetpå 0-80 W/g. Sammenlignet med nanosfærene viste klyngene størrelser på 12-26 nmmed en betydelig høyere metningsmagnetisering på 72 emu/g. Klyngene hadde også enbetydelig høyere spesifikk absorpsjonshastighet ved 303 W/g. Disse egenskapene kan også værebesatt av kuler hvis nanosfærer hadde samme størrelse, men mer arbeid må tilgjort for å bevise det. Det ble funnet at tykkelsen av polydopaminbelegg kunne kontrolleresog at den ble dyrket på klyngene og endret den hydrodynamiske størrelsen fra 120 til 768 nmover 24 timer som indikerte en timevekst på 27 nm. PLGA-belegget viste seg åfungerte og ga partikkelstørrelser på 300-900 nm. Det magnetiske tapet på grunn av belegg ble funnettil 54,5 %, men den endelige belagte partikkelen hadde fortsatt en høyere metningsmagnetiseringenn bare nanosfærer med en spesifikk absorpsjonshastighet på 165 W/g. Til slutt ble stoffetintrodusert og samhandlet på en måte som virket som adsorpsjon på partiklene.1 Cancer is one of the leading causes of death in society today and as a result, cancer treat-ment is a large field for research. Many current cancer treatments attack cancer cells butare also harmful to healthy cells in the body. Therefore, there is a great desire to developtreatments that can be administered locally at the site of the cancer and minimize nega-tive effects on the surrounding healthy cells. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles,which generate heat when exposed to alternating magnetic field, are being explored asan option for local cancer treatments. The heat generated by the nanoparticles can beused to activate local drug release, or to produce local temperature changes resulting inlocal hyperthermia. Polymeric coatings around the nanoparticles are also necessary toenhance biocompatibility and act as a drug carrier. This work focused on optimizing syn-thesis of iron oxide nanoparticles with polymeric polydopamine and poly-lactic-co-glycoicacid coatings. The aim was to develop methods to optimize size and maximize magneticproperties of the nanoparticles. The next aim was coating the particles to optimize sizes,enhance the biocompatibility and minimize the magnetic loss of the particles.First the method of separating nanoparticles from the solutions in which they are grown ordispersed can significantly impact their magnetic properties. Thus, magnetic separationand centrifugation were compared. The washing volume of ethyl acetate was also variedto observe possible trends within the particles. Next the synthesis parameters, massof iron precursor iron acetyl acetonate, volume of stabilizer triethylene glycol and anti-solvent volume were varied between different batches of spherical particles where theeffects on particle size and magnetic properties were studied. In order to increase themagnitude of the magnetic response, the effect of particle morphology through singlenanospheres versus clusters of nanospheres in terms of saturation magnetization, sizeand specific absorption rate was studied. Finally clusters of nanoparticles were coatedwith polydopamine and PLGA, and the thickness of the coatings in terms of particlesize and magnetic loss was studied. No significant trend was observed in particle sizeor magnetic properties as a function of separation method and washing volumes. Whenmoving on to the synthesis parameter variations it was observed little to no trend. Sizes ofparticles ranged from 5-14 nm. The particles saturation magnetization ranged from 45-54emu/g with no apparent trend within the particles compared to sizes, although batcheswith highest ratios between added iron precursor and reaction solvent seemed to possesshigher saturation magnetization based on size, but more batches needs to be researchedto compare. It was also observed that nanospheres possessed specific absorption rateof 0-80 W/g. Compared to the nanospheres, the clusters displayed sizes of 12-26 nmwith a significantly higher saturation magnetization of 72 emu/g. The clustersalso had asignificantly higher specific absorption rate at 303 W/g. These properties could also bepossessed by spheres if nanospheres were at the same size, but more work will need to bedone to prove it. It was found that polydopamine coating thickness could be controlledand that it was grown on the clusters changing the hydrodynamic size from 120 to 768 nmover 24 hours which indicated an hourly growth of 27 nm. The PLGA coating proved towork and gave particle sizes of 300-900 nm. The magnetic loss due to coating was foundto be 54.5%, but the final coated particle still possessed a higher saturation magnetizationthan bare nanospheres with a specific absorption rate of 165 W/g. Lastly the drug wasintroduced and interacted in a way that seemed like adsorption on the particles.1