REZUMAT PUBLICABIL  (FAZA III, 30.11.2007)

la proiectul CEEX Nr. 100/2006, acronim BIORADHIP

Biomateriale compozite pentru radioterapie şi hipertermie simultană

Programul : MATNANTECH

Etapa III.        Obţinerea, caracterizarea structurală şi testarea comportării în medii   

                         biologice simulate şi in vivo a microparticulelor aluminosilicatice

                         ASY, ASD, ASF sfericizate

In aceasta faza au fost investigate microparicule sfericizate aluminosilicatice din sistemele Al₂O₃-SiO₂-Y₂O₃ (ASY), Al₂O₃-SiO₂-Dy₂O₃ (ASD) si Al₂O₃-SiO₂-Fe₂O₃ (ASF). Probele initiale xY₂O₃∙(80-x)SiO₂∙20Al₂O₃, cu x = 5, 10 si 20 % mol, xDy₂O₃∙(80-x)SiO₂∙20Al₂O₃, cu x = 5 si 10 % mol si xFe₂O₃∙(80-x)SiO₂∙20Al₂O₃, cu x = 5, 10, 15 si 20 % mol, au fost sintetizate prin metoda sol-gel. Precursorii utilizati au fost Al(NO₃)₃∙9H₂O, ca sursa pentru Al₂O₃, Fe(NO₃)₃, Y(NO₃)₃ si Dy(NO₃)₃ pentru Fe₂O₃, Y₂O₃, respectiv pentru Dy₂O₃, iar ca sursa pentru SiO₂ s-a folosit acid silicic (Si(OH)₄).  Prepararea s-a facut in solutii apoase, atat la pH acid (1.5), cat si la pH bazic (8.4).

Xerogelurilor fin mojarate au fost trecute prin flacara oxiacetilenica si s-au obtinut microsfere. Analizele au fost efectuate pe probele precursoare, pe probele testate in fluid biologic simulat (SBF), preparat dupa reteta Kokubo, pe probe cu suprafata functionalizata in solutii de fibrinogen si albumina serica bovina, precum si in vivo, pe animale de experienta.

Analiza termica diferentiala efectuata pe probele sfericizate in flacara oxiacetilenica nu evidentiaza nici un eveniment termic.

Rezultatele obtinute prin difractie de raze X arata ca in probele cu fier se dezvolta faze cristaline pe baza de fier, de tip hematita si maghemita, precum si aluminosilicati, de tip mulit (Al₆Si₂O₁₃). Dimensiunea cristalitelor de hematita si maghemita, estimata din largimea picurilor de difractie, este sub 10 nm.

Analiza prin microscopie electronica, inainte si dupa imersare in SBF  si SBF imbogatit cu proteine pune in evidenta modificari pronuntate la probele cu disprosiu si modificari slabe la probele alumino-silicatice care contin doar fier.

            Prin rezonanta electronica de spin (RES) efectuata la temperatura camerei pe s-au obtinut  informatii asupra vecinatatii ionilor Fe³⁺, care s-a constatat ca sunt  dispusi in pozitii de joasa simetrie, caracterizate de campuri cristaline intense, si in pozitii de simetrie octaedrala, cu camp cristalin scazut, caracteristice pentru sistemele relaxate din punct de vedere structural.

Deoarece una dintre metodele frecvent utilizate pentru sterilizarea biomaterialelor este prin iradiere cu radiaţii gama, insa, pe lângă sterilizare, iradierea poate conduce la defecte structurale, probele cercetate au fost iradiate timp de trei saptamani  la o sursa gama de ⁶⁰Co. Aparitia defectelor de iradiere a fost pusă în evidenţă prin analize RES. Factorii g corespunzători poziţiei liniei de rezonanţă atribuite defectelor indica prezenţa slaba a unor centri de tip peroxid. Nu se sesizează o diferenţă în ceea ce priveşte forma liniilor RES pentru probele imersate si neimersate in SBF .

            Spectroscopia ATR-FTIR este suficient de sensibila pentru a explora structura secundara a proteinelor atat in solutie cat si adsorbite pe diferite suprafete. Analizele prin ATR-FTIR au aratat modificarile induse prin functionalizarea suprafetei probelor cu proteine.  Modificarile  cantitative in structura secundara a fibrinogenului adsorbit pe suprafata probelor cu fier arata ca proba cu 15% Fe₂O₃ prezinta o biocompatibilitate superioara fata de probele cu 5 si 20% Fe₂O₃.

Testele de hemoliza si fragilitate a celulelor sanguine au fost efectuate spectrofotometric, la 540 nm, pe supernatant in solutii cu salinitate crescatoare, pentru a estima cantitatea de hemoglobina eliberata in urma lizei celulelor sanguine. S-a constatat ca proba cu 15% Fe₂O₃ are  curba de hemoliza  apropiata de proba de control/martor.

            Compozitia elementala la suprafata probelor a fost determinata prin spectroscopie fotoelectronica de raze X. Concentratiile atomice la suprafata probelor, in comparatie cu cele preconizate in interiorul lor, sunt mai mari pentru siliciu si mai mici pentru aluminu si fier.

Spectrele de inalta rezolutie permit evaluarea modificarilor de densitate electronica la elementele investigate si au fost corelate cu compozitia, conditiile de sinteza  si tratamentul termic aplicat probelor.

In aceasta faza s-au efectuat, de asemenea, analize pentru a evidentia efectul probelor cercetate aspra proliferarii limfocitelor  in culturi celulare sanguine ovine si pui. Efectul compusilor analizati  depinde atat de conditiile de preprare cat si de compozitia probelor. In cazul puilor, efectul maxim al conditiilor de preparare se observa pentru pentru  proba cu 5% Fe₂O₃, pentru care se manifesta cea mai mare diferenta in interactiunea cu componentul sanguin. Efectul tratamentului termic asupra proliferarii leucocitelor in culturile celulare ovine este putin evident. Rezultatele arata ca  materialele oxidice investigate nu produc o proliferare celulara mai importanta decat  un mitogen clasic.

Experientele in vivo, pe soareci de laborator, s-au efectuat pe loturi comparative control/martor. Pentru fiecare punct s-au testat 3 subiecti. Din toate probele s-au injectat trei concentratii, cu plan de evaluare intre o zi si trei saptamani. Rezultate au indicat o buna tolerare la acesti compusi.