Estudio de sistemas de interés en biología mediante radiaciones nucleares

El objetivo general de este trabajo de tesis es establecer hasta dónde algunas técnicas nucleares - Resonancia Magnética Nuclear, Orientación Nuclear, Resonancia Doble Electrón–Núcleo, Resonancia de Espín Muónico, Correlaciones Angulares Perturbadas y Espectroscopia Mössbauer, Espectroscopía de Aniquilación de Positrones (PAS) - pueden proveer información de impacto cuando son aplicadas para el estudio de materiales de interés en biología. En particular, el plan se centra en la utilización de técnicas basadas en la detección de radiaciones gama emitidas en procesos nucleares específicos: Correlaciones Angulares Perturbadas (PAC), Espectroscopia de Aniquilación de Positrones en el modo de medición de vidas medias (PALS) y Espectroscopia Mössbauer (EM). Si bien se trata de métodos ampliamente utilizados en la investigación en materia condensada, su aplicación en la determinación de propiedades físicas de materia blanda y sistemas biológicos es, en comparación, escasa. En el área de la biología existen varios trabajos que se destacan por su calidad experimental y por el aporte que hacen a la ciencia mientras que otras investigaciones son de escasa calidad o no es claro el aporte que hacen al conocimiento. La intención del trabajo de tesis es analizar cuál es el alcance de estos métodos nucleares en la investigación de materiales de interés biológico y estudiar mediante dichos métodos selectos sistemas de distinta complejidad, desde moléculas orgánicas sencillas hasta tejidos. Estas técnicas nucleares permiten obtener información muy precisa y acotada sobre los materiales en estudio. Así, es de especial importancia tener en claro lo que se puede concluir o no a partir de este tipo de medidas. En el caso de las técnicas espectroscópicas PAC y EM, éstas son particularmente importantes para elucidar la naturaleza del arreglo atómico alrededor de átomos especiales. PALS, por su parte, permite obtener información sobre las dimensiones de los espacios vacíos presentes en la muestra bajo estudio. De esta manera, aparece necesaria la aplicación de otras técnicas para poder arribar a un entendimiento medianamente global de los sistemas investigados. Con ese objetivo, los sistemas serán caracterizados en forma complementaria por difracción de rayos X, termogravimetría y calorimetría diferencial de barrido, entre otras. Específicamente, se realizarán experimentos PAC en complejos metálicos poliaminocarboxilados en los cuales el átomo metálico se encuentra coordinado por grupos funcionales de distinta naturaleza, como sucede en los sitios metálicos de las metaloproteínas. La Espectroscopía Mössbauer se utilizará para caracterizar los sitios de hierro en pequeños complejos orgánicos que incluyen centros de hierro y azufre. Paralelamente se abordarán investigaciones PALS de tejidos normales y tumoralesFacultad de Ciencias Exacta

Radiofármacos en medicina nuclear : Fundamentos y aplicación clínica

Un radiofármaco es un compuesto radiactivo utilizado para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. En Argentina, el 95% de los radiofármacos utilizados en medicina nuclear son de diagnóstico mientras que aproximadamente un 5% de usan para terapia. Cuando son utilizados con un propósito diagnóstico, se aprovecha la propiedad emisora de los radioisótopos para detectarlos a distancia; cuando la intención es terapéutica, se aprovecha el efecto deletéreo que la radiación puede tener sobre un tejido.Facultad de Ciencias Exacta

Caracterización nanoétrica de materiales de interés biológico

La ciencia tiene por objeto generar conocimiento y éste es más valioso cuando mejora la vida del hombre. La Física Nuclear estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas. Aunque estos fenómenos pasan desapercibidos en la vida cotidiana, hay un conjunto de técnicas y aplicaciones de la Física Nuclear que tienen un gran impacto en la sociedad, tal es el caso del uso de trazadores radiactivos, la caracterización de proteínas y biomoléculas, varias técnicas de imágenes basadas en transiciones o radiaciones nucleares, etc. Existe una región interdisciplinaria, que limita con la Física Nuclear, la Biología y la Medicina. Esta región es un campo fértil para la colaboración entre biólogos, médicos y físicos, para desarrollar métodos, instrumentos y facilidades que permitan progresar en el conocimiento de los procesos biológicos y finalmente incidir en la mejora de la salud de la población. El presente trabajo está inserto en esta área del conocimiento. Aun existen técnicas nucleares cuya aplicación a la Biología no ha sido exhaustivamente analizada. Éste es el caso de la técnica de Correlaciones Angulares Perturbadas (PAC) y de la Espectroscopía de Aniquilación de Positrones (PAS). La presente investigación consiste en un estudio de la posibilidad de aplicación de estas técnicas a problemas concernientes a la biología y oncología. El primer paso de nuestra investigación consistió en un análisis exhaustivo de lo realizado por otros grupos hasta el momento que culminó en la publicación de una revisión de los aplicaciones PAC a sistemas biológicos (PABS).Eje: Ciencia e Ingeniería de los MaterialesFacultad de Ciencias Exacta

TDPAC experiments with hafnium fluoride in organic compounds

Agentes quelantes poliaminocarboxilados, como el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) y el ácido dietilentriaminopentaacético (DTPA), forman complejos estables con muchos cationes de metales pesados y son de amplio uso en el campo industrial y biomédico. En este trabajo la espectroscopía TDPAC ha sido utilizada para investigar la formación de compuestos de hafnio a partir de 181Hf-HfF4 y ácidos poliaminocarboxílicos. En todos los casos la mezcla de los reactivos conduce a la precipitación de sólidos que fueron medidos húmedos a temperatura ambiente. Se observaron distintos comportamientos dependiendo del cociente átomos de fluor/átomos de sodio presente en la muestra. Se verificó la aparición de Na3HfF7 para cocientes F/Na de aproximadamente 1,5 y de Na5Hf2F13 para cocientes entre 3 y 4. No se observó evidencia de la complejación de hafnio por los ácidos poliaminocarboxílicos.Polyamino carboxilate chelating agents, like ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), form stable complexes with many heavy metals ions and are of spread use in the industrial and biomedical field. In this paper TDPAC spectroscopy has been used to investigate the formation of hafnium compounds prepared from 181Hf-HfF4 and polyaminocarboxylic acids. In all cases the mixing of the reagents leads to the precipitation of solids that were measured at room temperature. Different behaviors were observed depending on the ratio fluorine/sodium atoms present in the sample. The apparition of Na3HfF7 was verified when the ratio F/Na was approximately 1.5 and Na5Hf2F13 appeared when this ratio was between 3 and 4. No evidence of hafnium complexation by the polyaminocarboxilic acids was observed.Instituto de Física La Plat

Simulaciones computacionales en medicina nuclear : Un enfoque para la aplicación práctica en servicios de diagnóstico y en cálculos de dosimetría interna

Simular en un Servicio de Medicina Nuclear es imitar en una computadora el comportamiento de los equipos con que cuenta el lugar y evaluar su capacidad de detectar la distribución de un radiofármaco. Las simulaciones computacionales son indispensables para conocer el alcance real de los equipos con que se trabaja, y a partir de ello la validez y credibilidad de los estudios que se lleven a cabo o de los cálculos dosimétricos que se realicen. Los procedimientos de simulación basados en Montecarlo disminuirían considerablemente la incerteza con la que aún se trabaja. El libro aborda los temas desde una perspectiva práctica, procurando que el Físico Médico incorpore las simulaciones al arsenal de herramientas con que trabaja a diario.Facultad de Ciencias Exacta

The effect of acquisition parameters in brain spect imaging: a SIMIND Montecarlo study

En este trabajo se simularon imágenes SPECT cerebrales utilizando el código SIMIND Montecarlo. El objetivo específico fue la detección de lesiones características de enfermedad de Alzheimer (EA) y Depresión Mayor (DM) en imágenes simuladas de cerebro, modelando la adquisición de datos de una fuente de 99mTc con una cámara gamma Picker Prism 2000XP. Se configuró un fantoma antropomórfico con lesiones cerebrales compatibles con EA y DM. Los escenarios operacionales se configuraron en base a los parámetros recomendados por las sistemáticas así como en condiciones de trabajo frecuentes en los centros de salud locales. Las simulaciones realizadas verificaron que con la cámara gamma configurada las lesiones patognomónicas de la EA y la DM sólo pueden ser visualizadas si se utilizan colimadores LEHR, distancias paciente/ detector de 16 cm y tiempos de espera post- administración de 45 minutos.In this work cerebral SPECT images were simulated using the SIMIND Monte Carlo code. The specific purpose was the detection of characteristic Alzheimer’s disease (EA) and Major Depression (DM) lesions in simulated brain images, modeling the data acquisition from a source of 99mTc with a gamma camera Picker Prism 2000XP. An anthropomorphic phantom with brain lesions compatible with EA and DM were configured. The operational scenarios were configured on the basis of the frequent parameters recommended by the protocols as well as in working conditions in local health centers. The simulations performed verified that with the setup of the camera gamma, the pathognomonic lesions of EA and DM can only be visualized if LEHR collimators, patient/detector distance of 16 cm and post-administration waiting time of 45 minutes are used.Facultad de Ciencias Exacta

Surface Plasmon Resonance as a Characterization Tool for Lipids Nanoparticles used in drug delivery

The development of drug carriers based in lipid nanoparticles (LNPs) aims toward the synthesis of non-toxic multifunctional nanovehicles that can bypass the immune system and allow specific site targeting, controlled release and complete degradation of the carrier components. Among label free techniques, Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensing is a versatile tool to study LNPs in the field of nanotherapeutics research. SPR, widely used for the analysis of molecular interactions, is based on the immobilization of one of the interacting partners to the sensor surface, which can be easily achieved in the case of LNPs by hydrophobic attachment onto commercial lipid- capture sensor chips. In the last years SPR technology has emerged as an interesting strategy for studying molecular aspects of drug delivery that determines the efficacy of the nanotherapeutical such as LNPs' interactions with biological targets, with serum proteins and with tumor extracelullar matrix. Moreover, SPR has contributed to the obtention and characterization of LNPs, gathering information about the interplay between components of the formulations, their response to organic molecules and, more recently, the quantification and molecular characterization of exosomes. By the combination of available sensor platforms, assay quickness and straight forward platform adaptation for new carrier systems, SPR is becoming a high throughput technique for LNPs' characterization and analysis.Fil: Chain, Cecilia Yamil. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Daza Millone, Maria Antonieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Cisneros, José Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Ramirez, Eduardo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Vela, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentin

Forward to the production of Cobalt-57 sources for Mössbauer spectroscopy in Argentina

La disponibilidad de isótopos radiactivos para Espectroscopía Mössbauer (EM) constituye en nuestro país una problemática que involucra diversos aspectos. En la presente comunicación se analiza esta situación considerando en particular 57Co, el isótopo Mössbauer más utilizado. Se describen reacciones nucleares adecuadas para la producción de 57Co. Se consideran distintas matrices sólidas comúnmente utilizadas en la fabricación de fuentes Mössbauer. Se discute el beneficio de fabricar estas fuentes en nuestro país. Como un primer paso en este sentido se propone dopar muestras con 57Co para realizar EM de emisión. Interesa particularmente este modo a los fines de caracterizar materiales biológicos. Nuestro objetivo es establecer facilidades de obtención y tratamiento de este isótopo en la Argentina.The availability of radioactive isotopes for Mössbauer Spectroscopy (MS) constitutes in our country a problematic that involves several aspects. In the present communication this situation is analyzed by considering in particular 57Co, the most widely used Mössbauer isotope. Adequate nuclear reactions for the production of 57Co are described. Different solid matrices commonly used in the manufacture of Mössbauer sources are considered. The benefit of manufacturing these sources in our country is discussed. As a first step in this sense, it is proposed to dope samples with 57Co in order to perform emission MS. This mode interests particularly with the aim of characterize biological materials. Our purpose is to establish facilities to obtain and to treat this isotope in Argentina.Facultad de Ciencias Exacta

Interaction of Solid Lipid Nanoparticles and Specific Proteins of the Corona Studied by Surface Plasmon Resonance

The applications of pharmaceutical and medical nanosystems are among the most intensively investigated fields in nanotechnology. A relevant point to be considered in the design and development of nanovehicles intended for medical use is the formation of the "protein corona" around the nanoparticle, that is, a complex biomolecular layer formed when the nanovehicle is exposed to biological fluids. The chemical nature of the protein corona determines the biological identity of the nanoparticle and influences, among others, the recognition of the nanocarrier by the mononuclear phagocytic system and, thus, its clearance from the blood. Recent works suggest that Surface Plasmon Resonance (SPR), extensively employed for the analysis of biomolecular interactions, can shed light on the formation of the protein corona and its interaction with the surroundings. The synthesis and characterization of solid lipid nanoparticles (SLN) coated with polymers of different chemical nature (e.g., polyvinyl alcohol, chitosans) are reported. The proof-of-concept for the use of SPR technique in characterizing protein-nanoparticle interactions of surface-immobilized proteins (immunoglobulin G and bovine serum albumin, both involved in the formation of the corona) subjected to flowing SLN is demonstrated for non-chitosan-coated nanoparticles. All assayed nanosystems show more preference for IgG than for BSA, such preference being more pronounced in the case of polyvinyl-alcohol-coated SLN.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones IndustrialesInstituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada

Aplicaciones PAC y PAS en biología y oncología

Aunque algunos Métodos Nucleares son frecuentemente aplicados a la Biología, este no es el caso de la técnica de Correlaciones Angulares Perturbadas (PAC) y de la Espectroscopia de Aniquilación de Positrones (PAS). Esto ocurre a pesar del poder de estas técnicas en la caracterización microscópica de diversos materiales. En la presente comunicación se describen aplicaciones de estás técnicas a problemas concernientes a la biología y oncología. Se analizan los aspectos favorables y desfavorables. Se discuten experimentos PAC a realizar para caracterizar el entorno atómico de isótopos 111In y 111Cd en portadores de radiotrazadores, radiofármacos y proteínas. También se discute la posibilidad de utilizar determinaciones PAS de vidas medias de positrones para distinguir entre distintos estadios de tumores.Several Nuclear Methods are frequently used in Biology. This is not the case of Perturbed Angular Correlations (PAC) technique and Positron Annihilation Spectroscopy (PAS). This occurs in spite of the power of these techniques in characterizing microscopically diverse materials. In the present communication applications of these techniques to problems concern to biology and oncology are described. The favorable aspects and disadvantages are analyzed. The PAC experiments to characterize the atomic environment of the isotopes 111In and 111Cd in radiotracer carriers, radiopharmaceuticals and proteins, are discussed. It is also discussed the possibility of using Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy to distinguish between different stages of tumors.Facultad de Ciencias ExactasInstituto de Investigaciones Bioquímicas de La PlataInstituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada