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Diseño de sondas multifuncionales basadas en nanopartículas de fluoruros de lantánidos para el diagnóstico médico por imagen mediante Luminiscencia, Resonancia Magnética y Tomografía Computarizada.

ICMS Tesis Doctoral

Título: Diseño de sondas multifuncionales basadas en nanopartículas de fluoruros de lantánidos para el diagnóstico médico por imagen mediante Luminiscencia, Resonancia Magnética y Tomografía Computarizada.

Doctorando: Daniel González Mancebo (ICMS)

Fecha: Lunes, 9 de marzo de 2020. 12:00 h

Lugar: Salón de Grados

Directores de tesis: Dr. D. Manuel Ocaña Jurado y la Dra. Dª. Ana Isabl Becerro Nieto

Resumen

Actualmente, en el área del diagnóstico clínico en la que se enmarca esta tesis doctoral, son de gran interés las técnicas de obtención de imágenes de células, tejidos y órganos, que permitan visualizar, caracterizar y monitorizar diferentes procesos biológicos facilitando así el diagnostico de diversas enfermedades. Entre las técnicas de imagen más utilizadas se encuentran la resonancia magnética nuclear, la tomografía computarizada de rayos X y, más recientemente, diversas técnicas emergentes de obtención de imágenes mediante luminiscencia. Todas estas técnicas presentan una serie de ventajas e inconvenientes debido a las características intrínsecas de cada una de ellas, por lo que pueden considerarse como modalidades de imágenes complementarias entre sí, de modo que en ocasiones solo un uso combinado de todas ellas permite obtener un diagnóstico preciso. A menudo la propia técnica no tiene sensibilidad suficiente para distinguir con claridad la región enferma de la zona que la rodea, por lo que se hace necesario el empleo de agentes de contraste (biosondas) que permitan una mejor visualización de la región de interés. Este trabajo se ha enfocado en el desarrollo de biosondas que sean potencialmente útiles en la obtención de diversas modalidades de imagen. Concretamente se ha estudiado la síntesis, microestructura, estructura cristalina y propiedades luminiscentes, magnéticas y de absorción de rayos X de nanopartículas uniformes basadas en fluoruros de lantánidos cuidadosamente diseñadas con este propósito.

Así, se describe un procedimiento de síntesis simple, y a temperatura ambiente, que permite obtener nanopartículas uniformes y dispersas de Tb3+:CeF3 y Bi3+,Eu3+:LaF3 que presentan una intensa luminiscencia verde y roja, respectivamente, cuando se excitan con luz UV, lo que las hace potencialmente útiles para su empleo en la obtención de bioimágenes in vitro. Se ha demostrado también que las mismas matrices (CeF3 y LaF3) dopadas con Nd3+ constituyen sondas luminiscentes, con excitación y emisión en el rango infrarrojo dentro de lo que se conoce como ventanas biológicas, permitiendo pues su empleo en la obtención de bioimágenes in vivo. Además, se ha comprobado que las sondas anteriores presentan una elevada atenuación de rayos X, posibilitando su empleo como agentes de contraste en tomografía computarizada de rayos X (CT). Ambas capacidades (luminiscencia y atenuación de rayos X) demuestran, por lo tanto, el carácter bimodal de estas sondas, que son a priori adecuadas para su uso en biomedicina puesto que presentan una buena estabilidad coloidal y una alta biocompatibilidad.

En esta tesis doctoral se describe, asimismo, la obtención de nanoesferas uniformes basadas en fluoruro de lutecio y bario dopado con Eu3+ o Nd3+, que constituyen sondas luminiscentes para la obtención de bioimagenes in vitro e in vivo, respectivamente. Además, estas sondas presentan una elevada atenuación de rayos X a diferentes voltajes de trabajo merced a la presencia de Ba y Lu en la matriz, posibilitando su uso como agentes de contraste en la obtención de imágenes mediante CT, tanto convencional como de energía dual.

La tesis aborda, además, la síntesis de nanopartículas uniformes de HoF3 y DyF3 con las características necesarias para su empleo en nanomedicina como agentes de contraste para la obtención de bioimágenes mediante resonancia magnética nuclear de alto campo (9,4 T) y tomografía computarizada debido, respectivamente, al elevado valor de la relajatividad magnética (r2) que presentan estas sondas en suspensión acuosa y a su elevada capacidad de atenuación de rayos X.

Finalmente, con el objetivo de aunar en un mismo nanomaterial las características de una sonda trimodal, es decir, que sea adecuada para la obtención de imágenes tanto mediante luminiscencia, como por resonancia magnética y tomografía computarizada, se ha desarrollado una estructura core-shell basada en nanopartículas uniformes de Eu,Ba:LuF3 recubiertas con una capa homogénea de HoF3 que presenta una intensa emisión luminiscente rojo-anaranjada, una elevada atenuación de rayos X a diferentes potenciales de trabajo y un alto valor de relajatividad (r2), lo que convierte a dicha sonda en un candidato idóneo para su empleo como sonda trimodal en la obtención de bioimágenes mediante luminiscencia, tomografía computarizada y resonancia magnética nuclear de alto campo. 
 

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