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dc.contributor.advisorRivera-Montalvo, Luis
dc.contributor.authorPeña-Luengas, Sandra L.
dc.date.accessioned2017-12-08T14:14:24Z
dc.date.available2017-12-08T14:14:24Z
dc.date.issued2015
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.11801/119
dc.description.abstractThe generation of singlet oxygen (SO) in presence of specific photosensitizers (PS) or semiconductor quantum dots and its application in photodynamic therapy is of great interest to develop cancer therapies with no need of surgery, chemotherapy or radiotherapy. The present work is focused on the identification of the main factors leading to the enhancement of SO production using rose bengal (RB), and methylene blue(MB) as PS species in organic and aqueous medium , subsequent the capacity of ZnO, ZnS and ZnO/ZnS core-shell quantum dots (QDs) and manganese-doped ZnO and ZnS nanoparticles (NPs) to generate SO as potential photosensitizers, was determined. The presence of the Mn+2 dopant ion alters the electronic properties of QDs increasing surface defects also affecting the optical, structural and morphological properties of NPs, enhancing the generation of SO, which is very important in photodynamic therapy (PDT). The Mn+2 dopant atomic percentages for ZnO were 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0% and for ZnS NPs was 1.0%. ZnO/ZnS water soluble core-shell QDs were obtained by slow decomposition of aqueous Zn+2 - MPA complexes at pH 10.3 over a ZnO QDs water suspension under reflux. Colloidal ZnS nanocrystals with Mn+2 ion as dopant were prepared using poly-vinylpyrrolidine (PVP) as capping agent. Mn-doped ZnO were synthesized by a precipitation method based in a wet chemical process using highly pure zinc acetate dihydrate as a precursor with sodium hydroxide solution. As part of the research work, a comparative study was performed evaluating different parameters as type and concentration of the quencher, NPs and PSs, light source, excitation wavelength, irradiation time, distance from light source, and nature of solvent. In this research four quenchers were studied: 1,3-diphenylisobenzofuran, 2,5- diphenylfuran, the system n,n-dimethyl-4-nitrosoaniline (RNO) coexisting with imidazole or L-histidine. Concentrations of the photosensitizers (PS), NPs and chemical quenchers were optimized for photooxidation reactions. The kinetics of the quenchers degradation by generated SO species and the corresponding quantum yield (QY), was determined by photo-oxidation of the chemical quencher by monitoring the disappearance of the quencher by fluorescence and spectrophotometry and analysis of a fluorescent probe Singlet Oxygen Sensor Green (SOSG) in the presence of NPs. These biologically synthesized NPs were found to be highly cytotoxic against multi drug resistant B-Chronic Lymphocytic Leukemia (B-CLL) cells in vitro. This disease usually follows an adverse, relentless clinical course by slowly developing drug resistance to fludarabine and other chemo-therapeutic agents, as well as by acquiring new different genetic abnormalities. As these cells spontaneously produce high amounts of Reactive Oxygen Species (ROS) having an altered redox state in relation to that of normal B lymphocytes, we decided to also probe our different metal ZnNPs, quantifying the levels SO and see if little variations of its intracellular concentrations could execute and accelerate deadly programs in these leukemic cells when applied with PDT, producing almost no significant damage on normal B lymphocytes. In this way, when testing our different metal Zn NPs, one made of 0.5% Mn Doped Zn Oxide (MnZnO) was finally selected for further probes as it had the best killing activity in fludarabine resistant B-CLL cells, specially when combined with PDT. An interesting and rapidly dying process of B-CLL cells, known as autophagy, was seen under Transmission Electronic Microscopy (TEM) when incubated with these 0.5% Mn doped ZnO NPs. This phenomenon correlated well with those intracellular increases of SO when PDT was administered, and measured by a novel method first described by us. As this therapy seems to be very specific to fludarabine resistant B-CLL cells, without much harm to normal lymphocytes, it could contribute in the near future as a new innovative targeted strategy to be delivered in the clinical setting, for the definitive benefit of these bad prognostic patients. SO is believed to be the major cytotoxic agent involved in PDT. Measurement of SO in biological environments is a major task specially when intracellular values, without interferences from the external medium, are required. Our intracellular SO measurement method proved to be good enough, reproducible, un-expensive and quite simple to perform and may be, it will easily be introduced soon as a useful routine diagnostic tool. PDT is a clinically tested promising technique to treat cancer and can be associated therapeutically with NPs. We could be in front of a new promising treatment not only for B-CLL and other lymphomas but maybe also to all types of cancer.
dc.description.abstractLa generación de Oxígeno Singlete (SO) en presencia de fotosensitizadores específicos (FSs) o puntos cuanticos semiconductores (QDs) y su aplicación en terapia fotodinámica es de gran interés para desarrollar terapias de cáncer sin necesidad de cirugía, quimioterapia o radioterapia. El presente trabajo esta enfocado en la identificación de los principales factores que permiten aumentar la producción de SO usando rosa de bengala (RB) y azul de metileno (MB) como FSs en medio acuoso y orgánico, subsecuentemente la capacidad de nanoparticulas (NPs) de ZnO, ZnS y QDs núcleo-cáscara de ZnO/ZnS y NPs de ZnO y ZnS dopadas con manganeso (Mn) como potenciales sensitizadores fueron evaluadas para generar SO. La presencia de iones dopantes de Mn+2 altera las propiedades electrónicas de los QDs y aumenta la producción de SO, importante en PDT. El porcentage de dopaje de Mn para las NPs de ZnO fue de 0.5%, 1.0%, 1.5% y 2.0% y para ZnS fue de 1.0%. El QD núcleo-cáscara de ZnO/ZnS soluble en agua fue obtenido por descomposición termal lenta del complejo Zn+2 -MPA a pH 10.3 sobre una suspensión en agua del QD ZnO y bajo reflujo. Las NPs de ZnS dopadas con Mn fueron preparadas usando polivinilpirrolidina (PVP) como agente protector. Las NPs de ZnO dopadas con Mn fueron sintetizadas por un método de precipitación química usando acetato de zinc dihidratado de alta pureza como precursor con una solución de hidróxido de sodio. Como parte del trabajo de tesis, se hizo un estudio comparativo con parámetros variables como la concentración, tipo de quencher, la fuente de luz, la longitud de excitación, el tiempo de reacción, la distancia de la muestra a la fuente de luz y la naturaleza del solvente. Cuatro trampas químicas fueron estudiadas: 1,3- difenilisobenzofurano, 2,5-difenilfurano, el sistema n,n-dimetil-4-nitrosoanilina (RNO) plus imidazol o L-histidina. Se optimizaron las concentraciones de los PSs, NPs y trampas químicas para las reacciones de fotooxidacion. Se determinó la cinética de degradación de las trampas químicas o quenchers por las especies de SO generadas y se calculó el rendimiento cuántico de SO por reacciones de fotooxidacion monitoreando la desaparición del quencher por fluorescencia y espectrofotometría, al igual que el análisis de una sonda fluorescente de SO: Sensor Green (SOSG) en presencia de las NPs. Las NPs fueron altamente citotóxicas contra células B de leucemia linfocítica crónica in vitro. Esta enfermedad por lo general sigue un curso clínico adverso, implacable lento mediante el desarrollo de resistencia a los medicamentos como la fludarabina y otros agentes quimioterapéuticos, así como por la adquisición de nuevas y diferentes anomalías genéticas. Estas células espontanemente producen altas cantidades de especies reactivas de SO (ROS) y alteran el estado REDOX en relación a los linfocitos normales B, nosotros decidimos probar nuestras NPs de Zn, cuantificando los niveles de SO intracelular y ver si estas pequeñas variaciones de concentración intracelular podrían ejecutar y acelerar programas de muerte en las células de leucemia cuando se aplica la terapia fotodinámica (PDT), no produciéndose daños significativos sobre los linfocitos B normales. En este modo, las NPs de Zn en especial las de ZnO dopadas con Mn+2 al 0.5% fueron seleccionadas por ser las de mayor mortalidad sobre las células B-CLL resistentes a fludarabina, especialmente cuando se combinan con PDT. Un proceso interesante y rápido de muerte celular de las células B-CLL fue descubierto conocido como autofagia el cual fue visto bajo microscopia de transmisión electrónica (TEM) cuando las células se incubaron con las NPs de ZnO dopadas con Mn+2 al 0.5%. Este fenómeno se correlaciona muy bien con el aumento intracelular de SO cuando se aplico PDT y se midio a través de un novedoso método descrito por nosotros. Esta terapia mostro ser bien especifica para células B-CLL resistentes a fludarabina sin daños significativos a los linfocitos normales, esto podría contribuir en un futuro cercano como una nueva e innovadora estrategia en el ámbito clínico en beneficio de pacientes con mal pronostico de la enfermedad. El SO se cree es el mayor agente citotóxico envuelto en PDT. La medición del SO en ambientes biológicos es una tarea importante, especialmente cuando los valores intracelulares, sin interferencias del medio externo se requieren. Nuestro método intracelular de medición de SO resultó ser lo suficientemente bueno, reproducible, economico y bastante fácil de realizar para introducirlo pronto como una herramienta de diagnóstico de rutina útil. PDT es una técnica prometedora, clínicamente probada para el tratamiento del cáncer y se puede asociar terapéuticamente con NPs. Podríamos estar frente a un nuevo y altamente eficáz tratamiento , no sólo para la B-CLL y otros linfomas, pero tal vez también a todos los tipos de cáncer.
dc.description.sponsorshipThe National Science Foundationen_US
dc.language.isoenen_US
dc.subjectSinglet oxygenen_US
dc.subjectPhotodynamic therapyen_US
dc.subjectChronic lymphocytic leukemiaen_US
dc.subject.lcshActive oxygen.en_US
dc.subject.lcshNanoparticles.en_US
dc.subject.lcshPhotochemotherapy.en_US
dc.subject.lcshLymphocytic leukemia -- Photochemotherapy.en_US
dc.titleEnhanced singlet oxygen from Zno quantum dots nanoparticles derivatives for Photodynamic Therapy (PDT) and cytotoxic activity in chronic lymphocytic leukemia (CLL) tumor cellsen_US
dc.typeDissertationen_US
dc.rights.licenseAll rights reserveden_US
dc.rights.holder(c) 2015 Sandra Loydover Pena-Luengasen_US
dc.contributor.committeePerales-Pérez, Oscar
dc.contributor.committeeRoman, Felix
dc.contributor.committeeRíos Steiner, Jorge L.
dc.contributor.representativeNieto, Dra Miriam
thesis.degree.levelPh.D.en_US
thesis.degree.disciplineDoctoral Program in Applied Chemistryen_US
dc.contributor.collegeCollege of Arts and Sciences - Sciencesen_US
dc.contributor.departmentDepartment of Chemistryen_US
dc.description.graduationSemesterSpringen_US
dc.description.graduationYear2015en_US


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