Incremento de la fotoluminiscencia en nanocristales de Y2O3:Yb3+-Er3+-Li+ y ZrO2:Dy3+-Li+ y plataforma teranóstica de ZrO2:Yb3+-Tm3+@SiO2-TGA-Cetuximab® para detección en cáncer de pulmón

Abstract

Currently, lung cancer has the highest mortality rate of all cancer types worldwide and is generally treated with non-selective therapies. One of the most widely used oncogenic mutations for treating this disease is the epidermal growth factor receptor (EGFR). Therefore, this research developed a theranostic platform to detect and treat these cells specifically. ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+@SiO2 nanoparticles were synthesized by the sol-gel method using Pluronic F-127® as a surfactant and functionalized and bioconjugated with thioglycolic acid (TGA) and the antibody Cetuximab®, respectively. Furthermore, the effect of Li+ on Y2O3:20Yb3+-1Er3+, ZrO2:0.1Dy3+, and ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+ nanocrystals synthesized by coprecipitation and sonosynthesis was evaluated to enhance the emission. The materials were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Fast Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Raman Spectroscopy, Photoluminescence (975 nm), and Photothermy (808 and 975 nm). The results showed the successful formation of ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+ nanoparticles of sizes less than 100 nm with a monoclinic and tetragonal crystalline structure and emissions in the blue, red, and NIR, the latter being the most intense, important for observing deeper regions of the tissue and obtaining a more accurate diagnosis. In addition, the photothermal analysis showed a maximum temperature increase of 102 and 56 °C with the 975 and 808 nm lasers, respectively. Furthermore, functionalization with TGA and bioconjugation with Cetuximab® were verified by FT-IR and Raman spectroscopy. Therefore, this platform, ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+@SiO2-TGA-Cetuximab®, represents a promising alternative for theranostic applications in cancerous tumors with EGFR mutation. On the other hand, it was shown that Li+ with an optimal concentration of 2, 5, and 0.25 mol% increases the emission in nanocrystals of ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+, Y2O3:20Yb3+-1Er3+, and ZrO2:0.1Dy3+, respectively.

Actualmente, el cáncer de pulmón presenta la tasa de mortalidad más alta de todos los tipos de cáncer a nivel mundial, tratándose generalmente con terapias no selectivas. Una de las mutaciones oncogénicas más utilizadas para el tratamiento de esta enfermedad es el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR). Debido a lo anterior, en esta investigación se desarrolló una plataforma teranóstica destinada a detectar y tratar específicamente estas células. Se sintetizaron nanopartículas de ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+@SiO2 mediante el método sol-gel empleando Pluronic F-127® como agente tensoactivo y se funcionalizaron y bioconjugaron con ácido tioglicólico (TGA) y el anticuerpo Cetuximab®, respectivamente. Además, se evaluó el efecto del Li+ en nanocristales de Y2O3:20Yb3+-1Er3+, ZrO2:0.1Dy3+ y ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+ sintetizados por coprecipitación y sonosíntesis para incrementar la emisión. Los materiales fueron caracterizados mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía Infrarroja con Transformada rápida de Fourier (FT-IR), Espectroscopía Raman, Fotoluminiscencia (975 nm) y Fototermia (808 y 975 nm). Los resultados mostraron la formación exitosa de nanopartículas de ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+ de tamaños inferiores a 100 nm con estructura cristalina monoclínica y tetragonal y emisiones en el azul, rojo e NIR, siendo esta última la más intensa, importante para observar regiones más profundas del tejido y obtener un diagnóstico más certero. Además, el análisis fototérmico mostró un incremento máximo de temperatura de 102 y 56 °C con el láser de 975 y 808 nm, respectivamente. Asimismo, la funcionalización con TGA y bioconjugación con Cetuximab® se comprobó mediante espectroscopía FT-IR y Raman. Por lo tanto, esta plataforma, ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+@SiO2-TGA-Cetuximab®, representa una alternativa prometedora para aplicaciones teranósticas en tumores cancerosos con mutación del EGFR. Por otro lado, se demostró que el Li+ con una concentración óptima de 2, 5 y 0.25 %mol incrementa la emisión en los nanocristales de ZrO2:2Yb3+-0.1Tm3+, Y2O3:20Yb3+-1Er3+ y ZrO2:0.1Dy3+, respectivamente.