Development of zeolitic platforms for theranostic applications | Desenvolvimento de plataformas zeolíticas para aplicações teranósticas

Theranostic agents, which combine therapeutic and diagnostic functions, are driving new (and improved) strategies for the treatment of various diseases. Zeolites, with their porous structures and adjustable properties, are promising candidates for such applications, being able to carry therapeutic agents, contrast materials for magnetic resonance imaging and radiopharmaceuticals. In this study, ZSM-5 type zeolites and Ln-AV (Ln = Gd, Dy and Ho) type silicates were synthesized with the aim of exploring their theranostic potential. To this end, we studied the effects of various experimental parameters on the synthesis of ZSM-5 type zeolites, using two different methodologies: the hydrothermal and the microwave-assisted method. We found that stirring, increasing the synthesis time and decreasing the amount of water favoured better particle distribution and crystallization, while attempts to incorporate metals showed varying results. The structural characterization of the Ln-AV materials confirmed the successful incorporation of lanthanide ions, which is essential for assessing their viability as MRI contrast agents. Relaxivity measurements yielded negligible longitudinal relaxivities (r₁) for all the lanthanide ions studied, and relatively large transverse relaxivities (r₂ between 0.54 and 52.10 sˉ¹ mMˉ¹ at 0.5 T and 303 K) which corroborate their potential as T₂ contrast agents. In addition, the Dy-AV-20 material showed potential for use as a drug delivery system, enabling efficient loading of a biologically active compound (curcumin) using the rotary evaporator technique - loading capacity of 27.3 % and loading efficiency of 95.6 %, as verified by FTIR and TGA analysis. As such, this study highlights the potential of Ln-AV-type materials as multifunctional platforms, combining diagnostic capacity, through magnetic resonance imaging, with drug delivery, aimed at theranostic applications.

Os agentes teranósticos, que combinam funções terapêuticas e de diagnóstico, estão a impulsionar novas (e melhoradas) estratégias para o tratamento de diversas doenças. Os zeólitos, com as suas estruturas porosas e propriedades ajustáveis, são candidatos promissores para tais aplicações, sendo capazes de transportar agentes terapêuticos, materiais de contraste para ressonância magnética e radiofármacos. Neste trabalho, foram sintetizados zeólitos do tipo ZSM-5 e silicatos do tipo Ln-AV (Ln = Gd, Dy e Ho) com o objetivo de explorar o seu potencial teranóstico. Com este intuito, estudamos os efeitos de vários parâmetros experimentais na síntese de zeólitos do tipo ZSM-5, usando duas metodologias distintas: o método hidrotérmico e o assistido por micro-ondas. Verificamos que a agitação, o aumento do tempo de síntese e a diminuição da quantidade de água favoreceram uma melhor distribuição das partículas e a cristalização, enquanto as tentativas de incorporação de metais apresentaram resultados diversos. A caraterização estrutural dos materiais Ln-AV confirmou a incorporação bem-sucedida de iões lantanídeos, essencial para avaliar a sua viabilidade como agentes de contraste em ressonância magnética. As medições da relaxividade permitiram obter relaxividades longitudinais (r₁) negligenciáveis para todos os iões lantanídeos estudados, e relaxividades transversais relativamente grandes (r₂ entre 0.54 e 52.10 sˉ¹ mMˉ¹ a 0.5 T e 303 K) que corroboram o seu potencial como agentes de contraste T₂. Além disso, o material Dy-AV-20 demonstrou potencial para ser usado como sistema de entrega de fármacos, possibilitando o carregamento eficiente de um composto biologicamente ativo (curcumina) através da técnica do evaporador rotativo - capacidade de carregamento de 27.3 % e eficiência de carregamento de 95.6 %, conforme verificado pelas análises de FTIR e TGA. Assim sendo, este estudo evidencia o potencial dos materiais do tipo Ln-AV como plataformas multifuncionais, combinando a capacidade de diagnóstico, por meio de imagens de ressonância magnética, com a entrega de fármacos, direcionadas para aplicações teranósticas.

Mestrado em Engenharia Biomédica