Physicochemical characteristics of silica nanoparticles tailored for nanomedicine

Multifunktionella kiseldioxidnanopartiklar har en bred tillämpning inom nanomedicin. En attraktiv kombination är samtidig läkemedelstillförsel och spårning av nanopartiklarna, vilket är känt som ”teranostik”. Genom kontrollerad design av kiseldioxidnanopartiklarna kan terapi och diagnostik på detta sätt kombineras i samma partikel. För en lyckad användning av nanopartiklar inom nanomedicin måste deras fysikalisk-kemiska egenskaper vara välkontrollerade för att kunna förutspå deras beteende i biologiska system. I denna studie tillverkades kiseldioxidnanopartiklar med varierande storlek, form, yta och sammansättning med fokus på att utrusta nanopartiklarna med multifunktionalitet och på så sätt främja deras användning inom biomedicinska tillämpningar. Kiseldioxidnanopartiklar med sfäriska och stav-liknande former, porösa, icke-porösa och ihåliga strukturer tillverkades. De erhållna resultaten visade att nanopartiklarnas form har större inverkan på upptaget i celler jämfört med effekten av deras ytladdning. Nanopartiklarnas dispersionsstabilitet är en annan viktig aspekt för både diagnostiska och terapeutiska tillämpningar. Genom att ändra kiseldioxidnanopartiklarnas fysikalisk-kemiska ytegenskaper med ytfunktionalisering, bedömdes dispersionstabiliteten av nanopartiklarna. Nanopartiklarnas ytsammansättning justerades och skillnader i dispergerbarhet och dispersionsstabilitet undersöktes i biologiskt medium. Inom terapeutiska tillämpningar är målsökande läkemedelsfyllda nanopartiklar en lovande taktik som medför lägre läkemedelsdoser och minskar sidoeffekterna. I denna avhandling designades mesoporösa kiseldioxidnanopartiklar för användning som målsökande läkemedelsbärare. Dessa partiklar laddades med ett potentiellt anti-cancer läkemedel. En klart högre apoptotisk effekt kunde påvisas med de läkemedelsfyllda partiklarna jämfört med fri drog in vitro. En viktig egenskap för sådana multifunktionella nanopartiklar är också att kunna spåra dem under läkemedelsfrisättningen i biologisk miljö med olika bildåtergivningsmetoder. Detta kan uppnås genom att infoga en markör i kiseldioxidnätverket. Kiseldioxidnanopartiklarnas bildåtergivningsförmåga modifierades på olika sätt och inverkan på detekterbarheten analyserades med fluorescerande metoder och med magnetisk resonanstomografi. Denna avhandling lyfter fram de kritiska parametrarna vid syntes av kiseldioxidnanopartiklar för teranostiska tillämpningar. Olika metoder undersöktes för att erhålla skräddarsydda nanopartiklar. Detta arbete bidrar med en djup insikt i hur nanopartiklarnas fysikalisk-kemiska egenskaper påverkar deras beteende i biologisk miljö, och arbetet kan därför fungera som riktlinje för att designa säkra och effektiva nanomediciner.