Resumen de la tesis que presenta Kimberly Annete Pérez Cruz como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestra en Ciencias en Nanociencias
Desarrollo de potencial nanofármaco dirigido a las mitocondrias (MitoNano) basada en ferrita de cobre para tratar el cáncer de mama
Resumen aprobado por:
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Dra. Kanchan Chauhan
Codirectora de tesis
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Dra. Carolina Álvarez Delgado
Codirectora de tesis
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Resumen en español
El cáncer sigue siendo uno de los problemas de salud mundial más importantes. La toxicidad, los efectos adversos y la resistencia asociadas a los tratamientos convencionales contra el cáncer han impulsado el desarrollo de estrategias en nanomedicina, como la terapia mitodirigida, que busca aprovechar las alteraciones derivadas de la reprogramación del metabolismo mitocondrial de las células cancerosas para lograr una focalización selectiva y activar vías apoptóticas o procesos de estrés oxidativo específicos. Las ferritas de cobre, al producir especies reactivas de oxígeno (ROS) mediante reacciones tipo Fenton, inducen muerte celular. Además, su estabilidad química permite su funcionalización con moléculas mitodirigidas y de captación tumoral. En este trabajo se sintetizaron ferritas de cobre (CFNPs) funcionalizadas con trifenilfosfano (TPP), glucosa oxidasa (GOx) y glucosamina mediante la reacción de cuatro componentes de Ugi como nanoplataforma mitodirigida citotóxica para células de cáncer de mama. Las CFNPs, de morfología esférica, obtuvieron un tamaño de 15.71 nm, con estructura cristalina cúbica tipo espinela, comportamiento superparamagnético y grupos funcionales amina para posterior funcionalización. Por otra parte, el nanofármaco (NPs+TPP+2GA+GOx) mostró una concentración de GOx de 10.2% ±1.9, determinado por la actividad enzimática. El total de material orgánico en el nanofármaco fue de 3.65–3.88% de la masa. Además, se detectaron por FTIR las bandas características del anillo bencénico por TPP, la unidad de piranosa de polisacáridos (homólogos de glucosa) y los enlaces Cu–O y Fe–O de las ferritas de cobre. En el ensayo de viabilidad celular, demostró un comportamiento citotóxico con la menor IC₅₀ (0.83 µg/mL en 4 horas de incubación) comparada con las diversas formulaciones de uno o dos componentes. Además, se observó una internalización en las mitocondrias, con un índice de Pearson de 0.51 frente al índice de 0.19 del control. En general, los resultados ponen de manifiesto que la multifuncionalización genera un efecto citotóxico potenciado y eficiente.
El cáncer sigue siendo uno de los problemas de salud mundial más importantes. La toxicidad, los efectos adversos y la resistencia asociadas a los tratamientos convencionales contra el cáncer han impulsado el desarrollo de estrategias en nanomedicina, como la terapia mitodirigida, que busca aprovechar las alteraciones derivadas de la reprogramación del metabolismo mitocondrial de las células cancerosas para lograr una focalización selectiva y activar vías apoptóticas o procesos de estrés oxidativo específicos. Las ferritas de cobre, al producir especies reactivas de oxígeno (ROS) mediante reacciones tipo Fenton, inducen muerte celular. Además, su estabilidad química permite su funcionalización con moléculas mitodirigidas y de captación tumoral. En este trabajo se sintetizaron ferritas de cobre (CFNPs) funcionalizadas con trifenilfosfano (TPP), glucosa oxidasa (GOx) y glucosamina mediante la reacción de cuatro componentes de Ugi como nanoplataforma mitodirigida citotóxica para células de cáncer de mama. Las CFNPs, de morfología esférica, obtuvieron un tamaño de 15.71 nm, con estructura cristalina cúbica tipo espinela, comportamiento superparamagnético y grupos funcionales amina para posterior funcionalización. Por otra parte, el nanofármaco (NPs+TPP+2GA+GOx) mostró una concentración de GOx de 10.2% ±1.9, determinado por la actividad enzimática. El total de material orgánico en el nanofármaco fue de 3.65–3.88% de la masa. Además, se detectaron por FTIR las bandas características del anillo bencénico por TPP, la unidad de piranosa de polisacáridos (homólogos de glucosa) y los enlaces Cu–O y Fe–O de las ferritas de cobre. En el ensayo de viabilidad celular, demostró un comportamiento citotóxico con la menor IC₅₀ (0.83 µg/mL en 4 horas de incubación) comparada con las diversas formulaciones de uno o dos componentes. Además, se observó una internalización en las mitocondrias, con un índice de Pearson de 0.51 frente al índice de 0.19 del control. En general, los resultados ponen de manifiesto que la multifuncionalización genera un efecto citotóxico potenciado y eficiente.
Palabras clave: nanofármaco, ferritas de cobre, mitodirección, cáncer de mama
Resumen en inglés
Cancer is still a major global health issue. Side effects, systemic toxicity, and resistance associated with conventional cancer treatments have driven the development of nanomedicine-based strategies such as mitochondria-targeted therapy. This approach seeks to exploit the metabolic reprogramming and mitochondrial alterations of cancer cells to achieve selective targeting and activate apoptotic or oxidative stress pathways. Copper ferrites can generate reactive oxygen species (ROS) through Fenton-like reactions, thereby inducing cell death, while their chemical stability enables further functionalization with mitochondrial and tumor-targeting molecules. In this work, copper ferrite nanoparticles (CFNPs) were synthesized and functionalized with triphenylphosphonium (TPP) derivate, glucose oxidase (GOx), and 2-glucosamine (2GA) via a one-step four-component UGI reaction, producing a mitochondria-targeted nanoplatform with potent cytotoxic activity against breast cancer cells. The CFNPs exhibited a spherical morphology with an average size of 15.71 nm, cubic spinel crystal structure, superparamagnetic behavior, and surface functional groups suitable for subsequent conjugation. The resulting nanoformulation (NPs+TPP+2GA+GOx) contained 10.2 ± 1.9 % of GOx, as determined by enzymatic activity. The total content of organic mass in the functionalized nanoformulation was 3.65–3.88 by weight. FTIR analysis confirmed the presence of characteristic benzene ring bands from TPP, pyranose units from polysaccharides (glucose analogs), and Cu–O and Fe–O bonds from copper ferrites. Cell viability assays revealed a marked cytotoxic response, with the lowest IC₅₀ value (0.83 µg/mL after 4 h of incubation) compared with single- or dual-component formulations. Confocal microscopy further confirmed mitochondrial internalization, showing a Pearson’s correlation coefficient of 0.51 versus 0.19 for the control. In summary, these results confirm that the multifunctional design of the nanoplatform significantly enhances cytotoxic efficiency through synergistic mitochondrial targeting and oxidative stress induction.
Cancer is still a major global health issue. Side effects, systemic toxicity, and resistance associated with conventional cancer treatments have driven the development of nanomedicine-based strategies such as mitochondria-targeted therapy. This approach seeks to exploit the metabolic reprogramming and mitochondrial alterations of cancer cells to achieve selective targeting and activate apoptotic or oxidative stress pathways. Copper ferrites can generate reactive oxygen species (ROS) through Fenton-like reactions, thereby inducing cell death, while their chemical stability enables further functionalization with mitochondrial and tumor-targeting molecules. In this work, copper ferrite nanoparticles (CFNPs) were synthesized and functionalized with triphenylphosphonium (TPP) derivate, glucose oxidase (GOx), and 2-glucosamine (2GA) via a one-step four-component UGI reaction, producing a mitochondria-targeted nanoplatform with potent cytotoxic activity against breast cancer cells. The CFNPs exhibited a spherical morphology with an average size of 15.71 nm, cubic spinel crystal structure, superparamagnetic behavior, and surface functional groups suitable for subsequent conjugation. The resulting nanoformulation (NPs+TPP+2GA+GOx) contained 10.2 ± 1.9 % of GOx, as determined by enzymatic activity. The total content of organic mass in the functionalized nanoformulation was 3.65–3.88 by weight. FTIR analysis confirmed the presence of characteristic benzene ring bands from TPP, pyranose units from polysaccharides (glucose analogs), and Cu–O and Fe–O bonds from copper ferrites. Cell viability assays revealed a marked cytotoxic response, with the lowest IC₅₀ value (0.83 µg/mL after 4 h of incubation) compared with single- or dual-component formulations. Confocal microscopy further confirmed mitochondrial internalization, showing a Pearson’s correlation coefficient of 0.51 versus 0.19 for the control. In summary, these results confirm that the multifunctional design of the nanoplatform significantly enhances cytotoxic efficiency through synergistic mitochondrial targeting and oxidative stress induction.
Palabras clave: nanodrug, copper ferrites, mitochondria targeted, breast cancer