Geração Aumentada de Espécies Reativas de Oxigênio por Nanopartículas de GdVO4:Eu³⁺ e Complexos de Azul de Metileno sob Irradiação UV-Vis e Raio-X

Resumo

Este estudo investiga a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO) em soluções aquosas contendo nanopartículas de ortovanadato de gadolínio dopado com európio GdVO₄:Eu³⁺ (VNPs) e seus complexos com azul de metileno (MB). Usando formação de dienos conjugados, detecção de radicais hidroxila com cumarina e monitoramento de oxigênio singlete via ADPA, comparamos a produção de ERO sob irradiação UV-Vis e raio-X. Complexos VNPs-MB produziram altos níveis de radicais hidroxila e oxigênio singlete quando iluminados com luz UV-Vis, devido à transferência eficiente de energia não-radiativa de VNPs para MB. Em contraste, sob exposição a raio-X, VNPs sequestraram radicais hidroxila, uma observação nova para esta classe de materiais. Esses achados sugerem que complexos VNPs-MB podem servir como agentes eficazes para terapia fotodinâmica induzida por raio-X.

Introdução

A radioterapia (RT) trata aproximadamente metade de todos os pacientes com câncer, dependendo largamente de dano indireto ao DNA mediado por ERO geradas durante a radiólise da água. Nanopartículas de alto número atômico (Au, Ag, Hf, Gd, Ti) e nanopartículas semicondutoras (TiO₂, ZnO, CuO, CeO₂, Al₂O₃, ZnS) melhoram a RT amplificando a produção de ERO via interações fotoelétricas e Compton. Similarmente, nanopartículas semicondutoras geram ERO sob irradiação UV através de separação de portadores de carga: lacunas oxidam água produzindo radicais hidroxila, enquanto elétrons reduzem oxigênio a superóxido, que pode formar oxigênio singlete. Nanopartículas cintilantes também podem transferir energia induzida por raio-X a fotossensibilizadores, permitindo terapia fotodinâmica (PDT) em tecidos profundos. Trabalhos prévios demonstraram que nanopartículas de GdVO₄:Eu³⁺ (VNPs) podem transferir energia de excitação a azul de metileno, sugerindo potencial como agentes de PDT ativados por raio-X.

Experimental

Químicos

Todos reagentes eram grau analítico; GdCl₃·6H₂O, EuCl₃·6H₂O, NaVO₃ e azul de metileno (PM = 373,90 g mol⁻¹) foram usados sem purificação adicional.

Síntese de Nanopartículas GdVO₄:Eu³⁺

Coloides Gd_0,9Eu_0,1VO₄ foram preparados por co-precipitação de GdCl₃, EuCl₃, EDTA e Na₃VO₄ sob refluxo (100 °C, 24 h). A dispersão resultante foi dialisada (PMCO 12 kDa) por 24 h para remover íons em excesso.

Caracterização

Microscopia eletrônica de transmissão (TEM) revelou VNPs em forma de fuso (8 × 25 ± 5 nm). Espalhamento dinâmico de luz deu diâmetro hidrodinâmico médio de 44 ± 0,3 nm. Potencial zeta foi –18,75 ± 0,15 mV a pH 7,8, refletindo recobrimento superficial de EDTA. Absorção UV-Vis exibiu banda larga (250–350 nm) de transferência de carga O→V e banda de emissão de Eu³⁺ deslocada para vermelho. Análise de Tauc resultou em banda proibida de 4,13 eV, maior que a relatada para pós de partículas maiores, indicando efeitos de tamanho quântico.

Preparação de Complexos VNPs-MB

MB (10 µM) foi misturado com VNPs (0,1–10 mg mL⁻¹) em solução aquosa, agitado por 1 h, e o complexo resultante teve concentração de MB ligado à superfície de 10 µM.

Métodos de Detecção de ERO

Teste de Dieno Conjugado: Lipossomos de PC (1,2 mmol L⁻¹) foram oxidados por ERO, monitorados a 234 nm após 30 min de irradiação UV (310–400 nm, 43 W cm⁻²).

Ensaio de Radical Hidroxila: Cumarina (0,1 mmol L⁻¹) foi irradiada com laser 325 nm (1 h) ou raio-X 30 kV (30 min). Fluorescência de 7-hidroxicumarina (λ_máx ≈ 460 nm) quantificou OH•.

Ensaio de Oxigênio Singlete: ADPA (10 µM) fluorescência (excitação 378 nm) foi extinta por oxigênio singlete gerado sob irradiação a laser 457 nm (50 mW, 30 min).

Resultados e Discussão

Caracterização de VNPs

VNPs em forma de fuso exibem estrutura tetragonal de zircão (XRD). Seu pequeno tamanho leva a borda de absorção deslocada para azul, explicando a banda proibida medida de 4,13 eV.

Geração de ERO sob UV-Vis

Formação de dieno conjugado foi maior em complexos VNPs-MB, seguida por VNPs sozinhos, MB sozinho e controle. Essa hierarquia reflete: (1) produção de radicais hidroxila e oxigênio singlete impulsionada por VNPs; (2) geração de oxigênio singlete mediada por MB; e (3) transferência sinérgica de energia de VNPs para MB no complexo. Ensaios de radical hidroxila confirmaram que VNPs sozinhos geram OH• significativo sob UV, enquanto complexos VNPs-MB produzem aproximadamente metade dessa quantidade, provavelmente devido à adsorção de MB protegendo água superficial e desviando recombinação elétron-lacuna para excitação de MB. Ensaios de oxigênio singlete mostraram aumento de duas vezes no extinção de ADPA para complexos VNPs-MB versus MB ou VNPs sozinhos, confirmando transferência eficiente de energia.

Geração de ERO sob Irradiação por Raio-X

Contrariamente ao UV, exposição a raio-X resultou em fluorescência reduzida de 7-hidroxicumarina para soluções de VNPs, indicando sequestro de OH• por VNPs. Esse efeito intensificou-se com maiores concentrações de VNPs e representa o primeiro relato de nanopartículas GdVO₄:Eu³⁺ atuando como quelantes de ERO sob condições de raio-X. O mecanismo subjacente pode envolver captura de elétrons por VNPs ou neutralização de radicais mediada por superfície, análogo ao comportamento conhecido de nanopartículas de CeO₂.

Conclusões

Nanopartículas de GdVO₄:Eu³⁺ e seus complexos com azul de metileno exibem pronunciada produção de ERO sob irradiação UV-Vis, combinando vias de radical hidroxila e oxigênio singlete. Sob exposição a raio-X, VNPs sequestram exclusivamente radicais hidroxila. Essas capacidades duplas posicionam complexos VNPs-MB como candidatos promissores para terapia fotodinâmica ativada por raio-X.