Nanopartículas de supraconversão para terapia fotodinâmica

Retorno aqui à terapia fotodinâmica (TFD), já introduzida neste blog. Na primeira postagem sobre o tema já foi exposta a importância de a luz utilizada para a TFD penetrar profundamente em tecidos biológicos. Geralmente, os melhores resultados são obtidos com luz com comprimento de onda entre 600 e 800 nm.

Determinados tipos de luz infravermelha, invisível, com comprimentos de onda entre 800 e 1000 nm, também possuem alto poder de penetração em tecidos biológicos.

Há luz na escuridão, de um tipo pouco explorado em mas com muito potencial para TFD.
A nanotecnologia pode ajudar a explorá-la eficientemente.
Fonte da imagem aqui.

Porém, luz infravermelha além de 800 nm não pode ser utilizada em protocolos convencionais de TFD por não possuir energia suficiente para iniciar as principais fotorreações responsáveis pela eficácia da terapia.


Mas a nanotecnologia e a óptica não-linear parecem oferecer soluções para este problema por meio das nanopartículas de supraconversão, NSC (sugiro essa tradução ao termo inglês "upconversion nanoparticles", que vem sendo usado mesmo em português).

Um sistema baseado em NSC e projetado para TFD foi recentemente exposto em um artigo publicado em um periódico importante da área de nanotecnologia (ver fonte). Esse tipo de sistema permite utilizar, em TFD, comprimentos de onda na faixa do infravermelho além de 800 nm. No trabalho em questão, foi utilizada luz de comprimento de onda de 980 nm.

Este sistema funciona de maneira elegante: dois ou mais fótons (hv) são absorvidos pela nanopartícula de supraconversão (NSC) e convertidos a um único fóton de energia superior. É esse fóton mais energético que pode iniciar com o fotossensibilizante (FS) as fotorreações necessárias para produzir espécies reativas (ER) e oxigênio singlete, os quais causam danos à célula-alvo. O segredo das NSC está nos lantanídios de sua composição.

Tendo absorvido luz infravermelha, essa NSC emite intensamente luz verde (com comprimento de onda de 540 nm). Estes fótons emitidos possuem energia suficiente para iniciar fotorreações para a produção de espécies reativas como o oxigênio singlete. Esta NSC   emite ainda, em menor intensidade, luz vermelha.


Mas a produção das espécies reativas carece de um fotossensibilizante, visto que é este agente que funciona como um fotocatalisador. No trabalho em questão os autores usaram o rosa de bengala, que absorve intensamente a luz emitida pela NSC e então produz espécies reativas.


O rosa de bengala foi ligado covalentemente às NSC e o resultado foi um sistema ativado por luz infravermelha e útil à TFD. A figura abaixo mostra que as NSC excitadas com luz infravermelha emitem luz verde. Mas, quando associadas ao fotossensibilizante rosa de bengala, apenas a luz vermelha emitida por este sistema é observada, visto que a luz verde é intensamente, quase totalmente, absorvida pelo rosa de bengala.

Em "c", as NSC puras emitem intensamente luz verde quando excitadas com luz infravermelha. Em "d", apenas luz vermelha é emitida, visto que as NSC estão associadas covalentemente com o rosa de bengala (estruturas em vermelho na representação abaixo).

Este sistema de NSC e fotossensibilizante é uma solução genial à limitação representada pela relativamente baixa energia dos fótons com comprimento de onda acima de 800 nm.


Fonte: "Liu et al, ACS Nano, 2012, 6 (5), pp 4054–4062"