Irradiación de un sistema basado en Nanopartículas de Oro y Rodamina 6G con Láser Nd:YAG Continuo y Pulsado

Abstract

Introducción y objetivos: La R6G tiene potencial aplicación en terapia fotodinámica (PDT) cuando se irradia con luz visible cercana a 525 nm, longitud de onda donde tiene un máximo de absorción. Tiene la ventaja de producir reacciones de transferencia de carga (reacción tipo I) con biomoléculas como el ácido fólico, lo que la vuelve útil en ambientes hipóxicos. Las nanopartículas plasmónicas de oro de 20 nm (AuNP 20 nm) han mostrado ser prometedoras para terapia fototérmica (PTT) ya que absorben eficientemente luz cercana a los 520 nm, debido a su resonancia localizada del plasmón de superficie (LSPR). La irradiación de AuNP de 5 nm con luz pulsada de 532 nm y 1064 nm ha demostrado decolorar al indicador ABMA indicando producción de oxígeno singlete. La misma irradiación ha producido también la decoloración del indicador DCPIP, indicando la producción de especies reactivas. Lo anterior sugiere que las AuNP de 5 nm pudieran ser útil en PDT, sin embargo, no se conoce el potencial para PDT de las de 20 nm. Es interesante evaluar las propiedades de la mezcla AuNP(20 nm)/R6G como agente de terapia dual PDT/PTT cuando se irradia con luz de 532 nm. Tal estudio no se ha llevado a cabo. Las propiedades requeridas en la mezcla para su aplicación en PDT y PTT pueden evaluarse utilizando luz láser continua de 532 nm, pulsada de 532 nm y pulsada de 1064 nm. Dado que la interacción de la luz con la mezcla cambia en dependencia del modo de irradiación, se espera que haya diferencias en la producción de oxígeno singlete, especies reactivas reductoras y la ocurrencia de reacciones de transferencia con el ácido fólico entre la mezcla AuNP(20 nm)/R6G y sus componentes individuales bajo los tres tipos de irradiación. La producción de oxígeno singlete, especies reactivas reductoras y la ocurrencia de reacciones de transferencia con el ácido fólico se evalúan a partir de la decoloración de los indicadores ABMA y DCPIP y el aumento en la intensidad de fluorescencia de la muestra con ácido fólico, respectivamente, que produce la irradiación de la muestra analizada. A partir de los resultados se puede conocer las mejores condiciones para inducir una terapia híbrida basada en PDT/PTT. Metodología: Se prepararon muestras conteniendo a la R6G, AuNP (20 nm) y la mezcla AuNP/R6G y se les añadió a todas de manera individual el ABMA, DCPIP y ácido fólico. Las muestras fueron irradiadas con luz láser continua a 532 nm a 3.98 W/cm2, con luz pulsada a 532 nm a 0.48 J/cm2 y con luz pulsada a 1064 nm a 1.91 J/cm2. El tiempo de irradiación con la luz continua fue de 30 min con intervalos de 5 min y con la luz pulsada de 10 min con intervalos de 2 min. Después de cada intervalo de irradiación a la muestra que contenían DCPIP o ABMA se le registró el espectro UV-Vis, y a las que contenían ácido fólico se les registró el de fluorescencia. En una segunda irradiación a las muestras, además, se les midió la temperatura durante la irradiación a intervalos de 1 min utilizando un termopar. Resultados: Los resultados indicaron que las AuNP (20 nm) no modificaron ni la intensidad ni la posición del LSPR durante la irradiación continua, y tampoco reaccionaron con los indicadores evaluados, por tanto, no hubo producción de reacciones de transferencia, ni de carga ni de energía. En presencia de irradiación pulsada de 532 nm y 1064 nm, la irradiación de las AuNP (20 nm) modificó la intensidad y posición del LSPR y decoloró al DCPIP, indicando fragmentación de las AuNP con la posible liberación de electrones que pudieron reaccionar y formar ROS o directamente decolorar al DCPIP. Este resultado había sido previamente obtenido también con AuNP de 5 nm. La irradiación pulsada de las AuNP de 20 nm no produjo la decoloración del ABMA, por tanto, no hay evidencia de la producción de oxígeno singlete, resultado que sí está reportado que ocurre con AuNP de 5 nm. Solo bajo irradiación con luz pulsada a 1064 nm hubo incremento de la fluorescencia en las muestras que contenían ácido fólico, lo que pudiera ser un fenómeno asociado a la ruptura del ácido fólico debido a la alta intensidad de fotones presentes. Todas las muestras irradiadas con los tres láseres incrementaron la temperatura. La irradiación de la R6G produjo oxígeno singlete bajo irradiación continua, sin embargo, esto no ocurrió bajo irradiación pulsada. Este resultado concuerda con lo reportado que plantea que la R6G produce oxígeno singlete en un bajo rendimiento. La decoloración del DCPIP solo ocurrió bajo irradiación pulsada a 1064 nm, efecto que también atribuimos a la alta intensidad de energía, y las reacciones de transferencia con el ácido fólico ocurrieron con los tres tipos de irradiaciones. La irradiación de la mezcla AuNP (20 nm)/R6G produjo oxígeno singlete y reacciones de transferencia con el ácido fólico bajo irradiación continua. No produjo especies reactivas reductoras del DCPIP bajo esta irradiación, lo que indica que la absorción de luz por la R6G y las AuNP no induce este tipo de reacciones, ya que en este modo de irradiación no hay cavitación ni fragmentación de las AuNP. La irradiación de la mezcla con luz pulsada solo produjo la decoloración del DCPIP probablemente debido a la fragmentación que sufren las AuNP (20 nm). Los resultados indican que la mezcla bajo luz pulsada a 532 nm se comporta más como lo hacen las AuNP (20 nm) a como lo hace la R6G. El incremento de temperatura además de la mezcla fue similar a la irradiación de las AuNP solas con los tres tipos de láseres, este resultado refuerza la evidencia que la luz interactúa preferentemente con las AuNP, al menos en la irradiación pulsada. Bajo irradiación continua hubo más evidencias que en la mezcla la luz continua interactuó con los dos componentes presentes.