Nanoparticles are a class of materials that exhibit unique and different properties from their bulk and molecular counterparts. To be defined as such, they must have at least one of the three dimensions smaller than 100 nm. Nanomaterials can be used in many fields, such as pharmaceuticals, cosmetics, energy, etc. One of the most important applications is in the field of nanomedicine, in particular in the treatment of tumors. The study of these new materials offers new solutions for the development of anticancer therapies that are more effective than those currently existing, with many advantages. A property of nanoparticles that has created much interest in recent decades is that of being able to convert light radiation into heat. This phenomenon is exploited in the so-called photothermal therapy (PTT). This method consists in artificially raising the temperature of tumor cells to induce apoptosis or make them more sensitive to radiotherapy/chemotherapy. Furthermore, some nanomaterials can be used in photodynamic therapy (PDT) due to their ability to generate singlet oxygen or oxygen radicals upon irradiation, which are toxic to cells, thus leading to their death. In addition to having a therapeutic effect, nanoparticles doped with lanthanide ions can find application in nanothermometry, i.e. they can be used to evaluate the temperature of the surrounding environment by exploiting the fact that their spectroscopic properties undergo variations as the temperature varies. The purpose of this work is to synthesize some inorganic matrices, evaluate their heating efficiency using a laser at 810 nm and one at 980 nm and verify if they are able to produce singlet oxygen or reactive oxygen species (ROS). To achieve this goal, it was also necessary to take into consideration two important aspects: the biocompatibility of the material and the dimensions of the nanoparticles, which must not exceed 100-150 nm, since, otherwise, there is a risk of causing damage, even serious, to the patient. The nanomaterials that will be studied are the following: Bi2WO6 and Bi2MoO6; KYb3F10; SrF2:Yb/Er and nanogels of Fe3O4 and SrF2:Yb/Er capped with oleate.

Le nanoparticelle sono una classe di materiali che presentano proprietà uniche e differenti dalle loro controparti bulk e molecolari. Per essere definite tali devono avere almeno una delle tre dimensioni inferiore ai 100 nm. I nanomateriali possono essere impiegati in moltissimi ambiti, come quello farmaceutico, dei cosmetici, dell’energia, ecc. Una delle applicazioni più importanti si ha nell’ambito della nanomedicina, in particolare nella cura contro i tumori. Lo studio di questi nuovi materiali offre nuove soluzioni per lo sviluppo di terapie antitumorali più efficaci di quelle attualmente esistenti, con molti vantaggi, tra i quali quello di ridurre gli effetti indesiderati sul paziente. Una proprietà delle nanoparticelle che ha suscitato molto interesse negli ultimi decenni è quella di riuscire a convertire la radiazione luminosa in calore. Questo fenomeno è sfruttato nella cosiddetta photothermal therapy (PTT), o terapia fototermica. Questo metodo consiste nell’innalzare artificialmente la temperatura delle cellule tumorali per indurne l’apoptosi o renderle più sensibili alla radioterapia/chemioterapia. Inoltre, alcuni nanomateriali possono essere utilizzati nella photodynamic therapy (PDT), o terapia fotodinamica, grazie alla loro capacità di generare ossigeno di singoletto o radicali all’ossigeno a seguito di irraggiamento, i quali sono tossici per le cellule, portando, quindi, alla loro morte. Oltre ad avere un effetto terapeutico, le nanoparticelle drogate con ioni lantanidi possono trovare applicazione in nanotermometria, cioè possono essere utilizzate per valutare la temperatura dell’ambiente che le circonda sfruttando il fatto che le loro proprietà spettroscopiche subiscono variazioni al variare di questa. Lo scopo di questo lavoro è quello di sintetizzare alcune matrici inorganiche, valutarne l’efficienza di riscaldamento utilizzando un laser ad 810 nm ed uno a 980 nm e verificare se siano in grado di produrre ossigeno di singoletto o specie reattive dell’ossigeno (ROS). Per raggiungere questo obiettivo è stato, anche, necessario tenere in considerazione due aspetti importanti: la biocompatibilità del materiale e le dimensioni delle nanoparticelle, le quali non devono superare i 100-150 nm, poiché, altrimenti, si corre il rischio di causare danni, anche gravi, al paziente. I nanomateriali che verranno studiati sono i seguenti: Bi2WO6 e Bi2MoO6; KYb3F10; SrF2:Yb/Er e nanogel di Fe3O4 e SrF2:Yb/Er cappati con oleato.

Sistemi nanostrutturati inorganici per applicazioni in terapia fototermica ed in terapia fotodinamica

CAVICCHINI, LUCA
2022/2023

Abstract

Nanoparticles are a class of materials that exhibit unique and different properties from their bulk and molecular counterparts. To be defined as such, they must have at least one of the three dimensions smaller than 100 nm. Nanomaterials can be used in many fields, such as pharmaceuticals, cosmetics, energy, etc. One of the most important applications is in the field of nanomedicine, in particular in the treatment of tumors. The study of these new materials offers new solutions for the development of anticancer therapies that are more effective than those currently existing, with many advantages. A property of nanoparticles that has created much interest in recent decades is that of being able to convert light radiation into heat. This phenomenon is exploited in the so-called photothermal therapy (PTT). This method consists in artificially raising the temperature of tumor cells to induce apoptosis or make them more sensitive to radiotherapy/chemotherapy. Furthermore, some nanomaterials can be used in photodynamic therapy (PDT) due to their ability to generate singlet oxygen or oxygen radicals upon irradiation, which are toxic to cells, thus leading to their death. In addition to having a therapeutic effect, nanoparticles doped with lanthanide ions can find application in nanothermometry, i.e. they can be used to evaluate the temperature of the surrounding environment by exploiting the fact that their spectroscopic properties undergo variations as the temperature varies. The purpose of this work is to synthesize some inorganic matrices, evaluate their heating efficiency using a laser at 810 nm and one at 980 nm and verify if they are able to produce singlet oxygen or reactive oxygen species (ROS). To achieve this goal, it was also necessary to take into consideration two important aspects: the biocompatibility of the material and the dimensions of the nanoparticles, which must not exceed 100-150 nm, since, otherwise, there is a risk of causing damage, even serious, to the patient. The nanomaterials that will be studied are the following: Bi2WO6 and Bi2MoO6; KYb3F10; SrF2:Yb/Er and nanogels of Fe3O4 and SrF2:Yb/Er capped with oleate.
2022
Inorganic nanostructured systems for applications in photothermal therapy and photodynamic therapy
Le nanoparticelle sono una classe di materiali che presentano proprietà uniche e differenti dalle loro controparti bulk e molecolari. Per essere definite tali devono avere almeno una delle tre dimensioni inferiore ai 100 nm. I nanomateriali possono essere impiegati in moltissimi ambiti, come quello farmaceutico, dei cosmetici, dell’energia, ecc. Una delle applicazioni più importanti si ha nell’ambito della nanomedicina, in particolare nella cura contro i tumori. Lo studio di questi nuovi materiali offre nuove soluzioni per lo sviluppo di terapie antitumorali più efficaci di quelle attualmente esistenti, con molti vantaggi, tra i quali quello di ridurre gli effetti indesiderati sul paziente. Una proprietà delle nanoparticelle che ha suscitato molto interesse negli ultimi decenni è quella di riuscire a convertire la radiazione luminosa in calore. Questo fenomeno è sfruttato nella cosiddetta photothermal therapy (PTT), o terapia fototermica. Questo metodo consiste nell’innalzare artificialmente la temperatura delle cellule tumorali per indurne l’apoptosi o renderle più sensibili alla radioterapia/chemioterapia. Inoltre, alcuni nanomateriali possono essere utilizzati nella photodynamic therapy (PDT), o terapia fotodinamica, grazie alla loro capacità di generare ossigeno di singoletto o radicali all’ossigeno a seguito di irraggiamento, i quali sono tossici per le cellule, portando, quindi, alla loro morte. Oltre ad avere un effetto terapeutico, le nanoparticelle drogate con ioni lantanidi possono trovare applicazione in nanotermometria, cioè possono essere utilizzate per valutare la temperatura dell’ambiente che le circonda sfruttando il fatto che le loro proprietà spettroscopiche subiscono variazioni al variare di questa. Lo scopo di questo lavoro è quello di sintetizzare alcune matrici inorganiche, valutarne l’efficienza di riscaldamento utilizzando un laser ad 810 nm ed uno a 980 nm e verificare se siano in grado di produrre ossigeno di singoletto o specie reattive dell’ossigeno (ROS). Per raggiungere questo obiettivo è stato, anche, necessario tenere in considerazione due aspetti importanti: la biocompatibilità del materiale e le dimensioni delle nanoparticelle, le quali non devono superare i 100-150 nm, poiché, altrimenti, si corre il rischio di causare danni, anche gravi, al paziente. I nanomateriali che verranno studiati sono i seguenti: Bi2WO6 e Bi2MoO6; KYb3F10; SrF2:Yb/Er e nanogel di Fe3O4 e SrF2:Yb/Er cappati con oleato.
Nanosistemi
Terapia fototermica
Terapia fotodinamica
Upconversion
Termometria
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/43743