Desarrollo de nanocompósitos magnéticos de CoFe2O4-Au para terapia híbrida magnética y fotodinámica

Abstract

RESUMEN: Este trabajo propone el desarrollo de nanocompósitos magnéticos híbridos compuestos por CoFe₂O₄ y nanopartículas de oro (AuNP), diseñados para generar una terapia combinada contra el cáncer: hipertermia magnética (THM) y terapia fotodinámica (TFD). El marco teórico parte de una revisión crítica sobre el cáncer como enfermedad multifactorial, las limitaciones de las terapias convencionales (quimioterapia, radioterapia, inmunoterapia, cirugía) y el potencial de los nanomateriales como herramientas más específicas, menos invasivas y con menor toxicidad sistémica. Se profundiza en las propiedades fisicoquímicas del CoFe₂O₄ como óxido metálico superparamagnético y de las AuNP como materiales plasmónicos capaces de generar especies reactivas de oxígeno (ROS) mediante excitación por luz infrarroja. La sinergia entre ambos componentes busca inducir daño celular localizado en células cancerígenas, aprovechando tanto el calentamiento por campos magnéticos como la generación de ROS por activación óptica. La metodología incluyó la síntesis de nanopartículas de CoFe₂O₄ mediante ruta solvotérmica activada por microondas, su funcionalización con citrato o glicina para mejorar la estabilidad coloidal, y la incorporación de AuNP mediante protocolos controlados. Se caracterizaron los materiales con técnicas avanzadas como DRX, TEM, VSM, UV-Vis, FTIR y TGA. Posteriormente se evaluó su biocompatibilidad mediante pruebas de hemólisis, producción de ROS, viabilidad celular (CCK-8), y se aplicaron microscopía de fuerza atómica y holotomografía para observar interacciones subcelulares. Los resultados demostraron que: los nanocompósitos mostraron propiedades superparamagnéticas y plasmónicas activas en la primera ventana biológica (700–1000 nm), alta estabilidad coloidal, y capacidad de generar ROS al ser irradiados con luz IR. Se observó una clara disminución en la viabilidad celular en líneas A549 (cáncer de pulmón) y D548 (fibroblastos), especialmente cuando se aplicó la terapia fotodinámica. Las imágenes microscópicas revelaron internalización segura de los nanomateriales y signos morfológicos de apoptosis y necroptosis inducidas por el tratamiento. Las conclusiones más relevantes son: (1) los nanocompósitos diseñados son seguros y eficientes para inducir muerte celular en modelos cancerígenos; (2) la terapia fotodinámica mejora significativamente la citotoxicidad sin afectar células sanas; (3) se establecieron protocolos in vitro que podrían escalarse a modelos clínicos; y (4) se abre la posibilidad de usar estos materiales como plataforma base para tratamientos antineoplásicos más dirigidos y menos invasivo

ABSTRACT: This study presents the development of hybrid magnetic nanocomposites composed of cobalt ferrite (CoFe₂O₄) and gold nanoparticles (AuNPs), designed to enable a dual cancer therapy approach: magnetic hyperthermia (MHT) and photodynamic therapy (PDT). The theoretical framework critically examines cancer as a multifactorial disease and highlights the limitations of conventional treatments—chemotherapy, radiotherapy, immunotherapy, and surgery—while emphasizing the promise of nanomaterials as targeted, minimally invasive, and systemically safer alternatives. The work explores the physicochemical properties of CoFe₂O₄, a superparamagnetic metal oxide, and AuNPs, known for their plasmonic behavior and ability to generate reactive oxygen species (ROS) upon near-infrared (NIR) light excitation. The synergy between these components aims to induce localized cytotoxicity in cancer cells through both thermal and oxidative stress mechanisms. Nanoparticles were synthesized via a microwave-assisted solvothermal route, followed by surface functionalization with citrate and glycine to enhance colloidal stability. AuNPs were subsequently incorporated using controlled protocols. Comprehensive characterization was performed using XRD, TEM, VSM, UV-Vis, FTIR, and TGA. Biocompatibility and therapeutic potential were assessed through hemolysis assays, ROS generation, cell viability (CCK-8), and advanced imaging techniques, including atomic force microscopy and holotomography. Results demonstrated that the nanocomposites exhibit superparamagnetic behavior and plasmonic activity within the first biological window (700–1000 nm), with high colloidal stability and efficient ROS generation under NIR irradiation. Significant reductions in cell viability were observed in A549 (lung cancer) and D548 (fibroblast) lines, particularly under photodynamic therapy conditions. Microscopy revealed safe internalization of the nanomaterials and morphological indicators of apoptosis and necroptosis. Key conclusions include: (1) the nanocomposites are safe and effective in inducing cancer cell death; (2) the hybrid therapy significantly enhances cytotoxicity while sparing healthy cells; (3) robust in vitro protocols were established with potential for clinical translation; and (4) the materials offer a promising platform for targeted, non-invasive anticancer therapies.