Beola Guibert, Liliane De La Caridad
Gutiérrez Marruedo, Lucía (dir.) ; Grazú Bonavia, Valeria (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2020
Resumen: La hipertermia magnética es una terapia prometedora para el tratamiento localizado del cáncer. Bajo la exposición a un campo magnético alterno externo, las nanopartículas magnéticas actúan como agentes de calentamiento que inducen la muerte celular en la región tratada. La comprensión de los mecanismos moleculares implicados en el daño celular generado por este tratamiento es crucial para la aplicación exitosa de esta terapia.
Para esta tesis, se prepararon nanopartículas magnéticas esféricas de 11 nm por el método de descomposición térmica, que posteriormente se recubrieron con PMAO (poli (anhídrido maleico-alt-1-octadeceno) y finalmente se funcionalizaron con glucosa. Con el objetivo de evaluar la influencia de la localización de las nanopartículas en la eficacia del tratamiento térmico, se prepararon diferentes modelos de cultivo celular tridimensional (3D) basados en geles de colágeno, tanto en la línea celular de macrófagos murinos, RAW264.7, como en la línea de células tumorales pancreáticas humanas, MIAPaca-2. En un modelo, todas las partículas se encontraban localizadas dentro de las células (Modelo In), mientras que el otro modelo, contenía partículas tanto dentro como fuera de las células (Modelo In&Out;). Además, se desarrolló un modelo murino de xenoinjerto de cáncer pancreático humano basado en las células MIAPaca-2. La internalización de las nanopartículas magnéticas, así como los mecanismos de muerte celular inducidos por diferentes condiciones de tratamiento de hipertermia se evaluaron por microscopía confocal, estudios de citometría de flujo, ensayos de biología molecular, análisis histológicos, medidas magnéticas y otras técnicas de caracterización analítica. Además, se evaluó el efecto del calentamiento intracelular inducido por las nanopartículas bajo acción del campo magnético mediante simulaciones computacionales.
En general, los resultados in vitro e in vivo obtenidos en esta tesis han demostrado que la terapia térmica con hipertermia magnética tiene un importante efecto en la modulación de la matriz extracelular, así como en la inducción de mecanismos de inmuno-estimulación. Fenómeno especialmente relevante en la búsqueda de nuevas estrategias terapéuticas para el tratamiento del cáncer de páncreas. Además, las evidencias experimentales de este trabajo demostraron que las vías de muerte celular inducidas por el tratamiento con hipertermia magnética dependen del número de partículas localizadas en el interior de las células. Esto es importante para comprender los mecanismos moleculares que median la respuesta celular a esta terapia térmica.
Resumen (otro idioma): Magnetic hyperthermia is a promising therapy for the localized treatment of cancer. Under the exposure to an external alternating magnetic field, magnetic nanoparticles act as heating agents inducing cell death in the treated region. Understanding the molecular mechanisms involved in the cellular damage generated by this treatment is crucial for the successful application of this therapy. In this thesis, 11 nm spherical magnetic nanoparticles were prepared by thermal decomposition, coated with PMAO (poly (maleic anhydride-alt-1-octadecene) and functionalized with glucose. In order to evaluate the influence of the nanoparticle location in the treatment efficacy, two different three-dimensional (3D) cell culture models, based on collagen gels, were prepared both in the murine macrophage cell line, RAW264.7, as in the human pancreatic tumor cell line, MIAPaca-2. One model kept all the particles inside the cells (In Model) while the other model had particles both inside and outside the cells (In&Out; Model). In addition, the xenograft murine model of human pancreatic cancer based in the MIAPaca-2 cells was developed. The magnetic nanoparticle uptake and cell death mechanisms induced by different conditions of the hyperthermia treatment were evaluated by confocal microscopy, flow cytometry studies, molecular biology assays, histological analysis, magnetic measurements and other analytical characterization techniques. In addition, computational simulations to evaluate the intracellular heating effects were also performed. In general, the in vitro and in vivo results obtained in this thesis, showed that magnetic hyperthermia had an important effect in the modulation of the extracellular matrix, as well as in the induction of immune-stimulation mechanisms. Phenomenon especially relevant in the search for new therapeutic strategies for pancreatic cancer. Moreover, the experimental results of this thesis showed that the type of cell death pathways triggered by the magnetic hyperthermia treatment depend on the number of intracellular nanoparticles. This is important in the understanding the molecular mechanisms that mediate the cellular response to this thermal therapy.
Para esta tesis, se prepararon nanopartículas magnéticas esféricas de 11 nm por el método de descomposición térmica, que posteriormente se recubrieron con PMAO (poli (anhídrido maleico-alt-1-octadeceno) y finalmente se funcionalizaron con glucosa. Con el objetivo de evaluar la influencia de la localización de las nanopartículas en la eficacia del tratamiento térmico, se prepararon diferentes modelos de cultivo celular tridimensional (3D) basados en geles de colágeno, tanto en la línea celular de macrófagos murinos, RAW264.7, como en la línea de células tumorales pancreáticas humanas, MIAPaca-2. En un modelo, todas las partículas se encontraban localizadas dentro de las células (Modelo In), mientras que el otro modelo, contenía partículas tanto dentro como fuera de las células (Modelo In&Out;). Además, se desarrolló un modelo murino de xenoinjerto de cáncer pancreático humano basado en las células MIAPaca-2. La internalización de las nanopartículas magnéticas, así como los mecanismos de muerte celular inducidos por diferentes condiciones de tratamiento de hipertermia se evaluaron por microscopía confocal, estudios de citometría de flujo, ensayos de biología molecular, análisis histológicos, medidas magnéticas y otras técnicas de caracterización analítica. Además, se evaluó el efecto del calentamiento intracelular inducido por las nanopartículas bajo acción del campo magnético mediante simulaciones computacionales.
En general, los resultados in vitro e in vivo obtenidos en esta tesis han demostrado que la terapia térmica con hipertermia magnética tiene un importante efecto en la modulación de la matriz extracelular, así como en la inducción de mecanismos de inmuno-estimulación. Fenómeno especialmente relevante en la búsqueda de nuevas estrategias terapéuticas para el tratamiento del cáncer de páncreas. Además, las evidencias experimentales de este trabajo demostraron que las vías de muerte celular inducidas por el tratamiento con hipertermia magnética dependen del número de partículas localizadas en el interior de las células. Esto es importante para comprender los mecanismos moleculares que median la respuesta celular a esta terapia térmica.
Resumen (otro idioma): Magnetic hyperthermia is a promising therapy for the localized treatment of cancer. Under the exposure to an external alternating magnetic field, magnetic nanoparticles act as heating agents inducing cell death in the treated region. Understanding the molecular mechanisms involved in the cellular damage generated by this treatment is crucial for the successful application of this therapy. In this thesis, 11 nm spherical magnetic nanoparticles were prepared by thermal decomposition, coated with PMAO (poly (maleic anhydride-alt-1-octadecene) and functionalized with glucose. In order to evaluate the influence of the nanoparticle location in the treatment efficacy, two different three-dimensional (3D) cell culture models, based on collagen gels, were prepared both in the murine macrophage cell line, RAW264.7, as in the human pancreatic tumor cell line, MIAPaca-2. One model kept all the particles inside the cells (In Model) while the other model had particles both inside and outside the cells (In&Out; Model). In addition, the xenograft murine model of human pancreatic cancer based in the MIAPaca-2 cells was developed. The magnetic nanoparticle uptake and cell death mechanisms induced by different conditions of the hyperthermia treatment were evaluated by confocal microscopy, flow cytometry studies, molecular biology assays, histological analysis, magnetic measurements and other analytical characterization techniques. In addition, computational simulations to evaluate the intracellular heating effects were also performed. In general, the in vitro and in vivo results obtained in this thesis, showed that magnetic hyperthermia had an important effect in the modulation of the extracellular matrix, as well as in the induction of immune-stimulation mechanisms. Phenomenon especially relevant in the search for new therapeutic strategies for pancreatic cancer. Moreover, the experimental results of this thesis showed that the type of cell death pathways triggered by the magnetic hyperthermia treatment depend on the number of intracellular nanoparticles. This is important in the understanding the molecular mechanisms that mediate the cellular response to this thermal therapy.
Pal. clave: propiedades de materiales ; cultivo celular ; oncologia ; biotecnologia
Titulación: Programa de Doctorado en Ciencia Analítica en Química
Plan(es): Plan 487
Nota: Presentado: 18 09 2020
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2020
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Registro creado el 2022-10-05, última modificación el 2022-10-07
