Estructuras dipolares magnéticas en suspensiones magnéticas coloidales y su influencia en hipertermia magnética

Abstract

En esta investigación se presenta el estudio de las interacciones dipolares entre nanopartículas magnéticas (NPM) monodominio en suspensiones coloidales y su influencia en la disipación de calor bajo campos electromagnéticos de radiofrecuencia (RF). Una suspensión coloidal magnética está formada por una fase dispersa, dada por las NPM, y una fase dispersante. Las NPM se encuentran recubiertas por una capa surfactante la cual está cargada eléctricamente y es responsable de la estabilización del coloide, por repulsión electrostática, impidiendo su agregación y decantación. En ausencia de campo magnético y en equilibrio termodinámico, el momento magnético de cada partícula se orienta aleatoriamente lo cual conlleva a que la suspensión coloidal se comporte en forma similar a un material paramagnético con la diferencia de que los momentos magnéticos son mucho más grandes que en el paramagnetismo atómico, razón por la cual este comportamiento de la suspensión coloidal se conoce como superparamagnetismo. En el caso de NPM monodominio se obtiene un súper momento magnético alrededor de 104 -105µB. Cuando las NPM están bajo la acción de un campo magnético alterno, su magnetización responde con una componente fuera de fase en relación al campo externo, esto es, el cambio en la dirección del momento magnético de la partícula no ocurre simultáneamente con el cambio de dirección del campo aplicado. Esta respuesta hace que la energía absorbida por las partículas sea entregada al medio en forma de calor, propiedad conocida como potencia específica absorbida (SAR, por sus siglas en inglés). El tiempo de retraso se conoce como tiempo de relajación magnética (τ). Una aplicación de esta propiedad es la hipertermia magnética (HM). Esta aplicación consiste en llevar NPM al interior de células vivas y utilizando campos de radiofrecuencia, aumentar la temperatura local de la célula y generar su muerte. De esta forma, si las NPM son internalizadas por células cancerígenas, la aplicación se presenta como un tratamiento médico contra el cáncer y se puede utilizar como terapia individual o complementaria a las terapias ya existentes. Uno de los principales retos para el establecimiento de la hipertermia como una terapia oncológica, es la obtención de una suspensión coloidal biocompatible, cuyas propiedades puedan ser optimizadas para obtener un mayor valor de SAR dentro del límite de confort de amplitud de campo (8.5 kA/m) y frecuencia (100 kHz) para los humanos, campos de mayor amplitud y frecuencia podrían generar quemaduras. Si las propiedades del coloide están optimizadas, menores dosis de NPM pueden ser internalizadas por células y provocar muerte celular, bajas dosis representan baja toxicidad. Debido al carácter magnético de las NPM las interacciones dipolares modifican el SAR, puesto que cambian el valor de la barrera de energía que tiene que superar el momento magnético de las NPM y por ende cambia su tiempo de relajación, y la condición de resonancia. Así que también conocer la organización de las partículas dentro del coloide se hace necesario. Además, cabe resaltar que durante el proceso de internalización, la célula agrupa las NPM en endosomas y esto hace que las NPM se agreguen. La formación de estos agregados afecta la respuesta a campos alternos en el entorno celular, incrementa las interacciones dipolares y modifica el rendimiento de las NPM.