Search

Cancer, namely breast and prostate cancers, is the leading cause of death in many developed countries. Controlled drug delivery systems are key for the development of new cancer treatment strategies, to improve the effectiveness of chemotherapy and tackle off-target effects. In here, we developed a biomaterials-based wireless electrostimulation system with the potential for controlled and on-demand release of anti-cancer drugs. The system is composed of curcumin-loaded poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanoparticles (CUR/PEDOT NPs), encapsulated inside coaxial poly(glycerol sebacate)/poly(caprolactone) (PGS/PCL) electrospun fibers. First, we show that the PGS/PCL nanofibers are biodegradable, which allows the delivery of NPs closer to the tumoral region, and have good mechanical properties, allowing the prolonged storage of the PEDOT NPs before their gradual release. Next, we demonstrate PEDOT/CUR nanoparticles can release CUR on-demand (65 % of release after applying a potential of -1.5 V for 180 s). Finally, a wireless electrostimulation platform using this NP/fiber system was set up to promote in vitro human prostate cancer cell death. We found a decrease of 67 % decrease in cancer cell viability. Overall, our results show the developed NP/fiber system has the potential to effectively deliver CUR in a highly controlled way to breast and prostate cancer in vitro models. We also show the potential of using wireless electrostimulation of drug-loaded NPs for cancer treatment, while using safe voltages for the human body. We believe our work is a stepping stone for the design and development of biomaterial-based future smarter and more effective delivery systems for anti-cancer therapy., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Durant els darrers anys, la medicina del plasma ha experimentat un gran auge internacional. El plasma, considerat com el quart estat de la matèria, es defineix com un gas ionitzat compost per electrons lliures, ions, radicals lliures, camps electromagnètics i espècies reactives, entre altres substàncies. Estudis recents han demostrat les aplicacions mèdiques de les espècies reactives de l'oxigen i el nitrogen (RONS) generades en plasmes freds a pressió atmosfèrica (CAP). Nombroses investigacions relacionen directament les RONS amb la modificació de l'estrès oxidatiu de les cèl·lules, obrint així la possibilitat de la seva aplicació en teràpies contra el càncer. El present estudi es centra en els tractaments indirectes mitjançant l'ús de CAP. Aquests tractaments consisteixen en la utilització d'un líquid o hidrogel biocompatible tractat amb plasma que s’utilitza com a vehicle per alliberar RONS en el lloc concret afectat pel tumor. Actualment, el grup d'investigació amb el qual col·labora el present estudi ha patentat tres tecnologies diferents per als tractaments indirectes: un líquid tractat amb plasma (PTL), un hidrogel tractat amb plasma (PTH) i un compost a partir d'un hidrogel tractat amb plasma i fosfat de calci (PTH Composite). Aquest últim tractament s’especialitza en tractar l'osteosarcoma, el càncer d'os més comú, promovent la regeneració òssia i el tractament anticancerigen alhora. Aquest Projecte Final de Grau persegueix dos objectius principals. D'una banda, realitzar la qualificació i classificació per a cadascuna de les tecnologies del grup (PTL, PTH i PTH Composite), tenint en compte les normatives reguladores actuals a Europa i la diferent naturalesa de cada producte. A més, un cop classificades i qualificades les tres tecnologies, s'identificaran els primers passos necessaris per a la seva comercialització. L'altre objectiu principal del treball és la realització de la caracterització físico-química del líquid tractat amb plasma (PTL). Concretament, En los últimos años la medicina del plasma ha experimentado un gran auge internacional. El plasma, considerado como el cuarto estado de la materia, se define como un gas ionizado compuesto por electrones libres, iones, radicales libres, campos electromagnéticos y especies reactivas, entre otras sustancias. Estudios recientes han demostrado las aplicaciones médicas de las especies reactivas del oxígeno y el nitrógeno (RONS) generadas en plasmas fríos a presión atmosférica (CAP). Numerosas investigaciones relacionan directamente las RONS con la modificación del estrés oxidativo de las células, abriendo así la posibilidad a su aplicación en terapias contra el cáncer. El presente estudio se centra en los tratamientos indirectos mediante el uso de CAP. Estos tratamientos consisten en la utilización de un líquido o hidrogel biocompatible tratado con plasma que se emplea como vehículo para liberar RONS en el lugar concreto afectado por el tumor. Actualmente el grupo de investigación, con el cual colabora el presente estudio, ha patentado tres tecnologías diferentes para los tratamientos indirectos: un líquido tratado con plasma (PTL), un hidrogel tratado con plasma (PTH) y un composite a partir de un hidrogel tratado con plasma y fosfato de calcio (PTH Composite). Este último tratamiento se especializa en tratar el osteosarcoma, el cáncer de hueso más común, promoviendo la regeneración ósea y el tratamiento anticancerígeno de forma simultánea. Este Proyecto Final de Grado persigue dos objetivos principales, por un lado, realizar la cualificación y clasificación para cada una de las tecnologías del grupo (PTL, PTH y PTH Composite), teniendo en cuenta las normativas regulatorias actuales en Europa y la diferente naturaleza de cada producto. Además, una vez clasificadas y cualificadas las tres tecnologías, se identificarán los primeros pasos necesarios para su comercialización. El otro principal objetivo del trabajo es la realización de la caracterización físico-química del l, Plasma medicine has experienced an international boom in recent years. Plasma, considered the fourth state of matter, is defined as an ionized gas composed of free electrons, ions, free radicals, electromagnetic fields and reactive species, among other substances. Recent studies have demonstrated the medical applications of reactive oxygen and nitrogen species (RONS) generated in cold plasmas at atmospheric pressure (CAP). Numerous investigations directly link RONS to the modification of oxidative stress in cells, thus opening the possibility of their application in cancer therapies. The present study focuses on indirect treatments using CAP. These treatments consist of the use of a plasmatreated biocompatible liquid or hydrogel that is used as a vehicle to deliver RONS to the specific site affected by the tumor. Currently, the research group, with which the present study collaborates, has patented three different technologies for indirect treatments: a plasma-treated liquid (PTL), a plasma-treated hydrogel (PTH) and a composite from a plasma-treated hydrogel and calcium phosphate (PTH Composite). The latter treatment specializes in treating osteosarcoma, the most common bone cancer, by promoting bone regeneration and anti-cancer treatment simultaneously. This Final Degree Project pursues two main objectives, on the one hand, to perform the qualification and classification for each of the technologies of the group (PTL, PTH and PTH Composite), taking into account the current regulatory standards in Europe and the different nature of each product. In addition, once the three technologies have been classified and qualified, the first steps necessary for their commercialization will be identified. The other main objective of the work is the physicochemical characterization of the plasma-treated liquid (PTL). Specifically, the purpose is to be able to provide information on the stability of RONS in a PTL, a fundamental aspect for the development of the technology. Accor

El càncer és una de les principals causes de mort segons l'OMS, sent el càncer de pulmó el segon més comú a Espanya. El tractament en la major part dels casos implica radioteràpia externa amb feixos de fotons. En el cas del càncer de pulmó, el tumor es troba als pulmons, els quals estan protegits per la caixa toràcica. Així doncs, els feixos de radiació externs han de travessar zones de extrema inhomogeneïtat (os-pulmó). En aquest treball es planteja la comparació de dos algoritmes de planificació comercials per a radioteràpia externa en càncers de pulmó: AAA (el més utilitzat comunament) i Acuros XB (algoritme de major precisió) tots dos d'Eclipse-Varian en maniquins. El codi PRIMO, un sistema de validació per simulació Monte Carlo co-desenvolupat per investigadors de l'INTE-UPC, es prendrà com a referència per seleccionar la planificació més adequada., El cáncer es una de las principales causas de muerte según la OMS, siendo el cáncer de pulmón el segundo más común en España. El tratamiento en la mayor parte de los casos implica radioterapia externa con haces de fotones. En el caso del cáncer de pulmón, el tumor se encuentra en los pulmones, los cuales a su vez están protegidos por la caja torácica. Así, los haces de radiación externos deben atravesar zonas de extrema inhomogeneidad (hueso-pulmón). En este trabajo se plantea la comparación de dos algoritmos de planificación comerciales para radioterapia externa en cánceres de pulmón: AAA (el más utilizado comúnmente) y Acuros XB (algoritmo de mayor precisión) ambos de Eclipse-Varian en maniquís. El código PRIMO, un sistema de validación por simulación Monte Carlo co-desarrollado por investigadores del INTE-UPC, se tomará como referencia para seleccionar la planificación más adecuada., Cancer is one of the leading causes of death according to the WHO, being lung cancer the second most common in Spain. Treatment in most cases involves external radiation therapy with photon beams. In the case of lung cancer, the tumor is found in the lungs, which are protected by the rib cage. Thus, external radiation beams must pass through areas of extreme inhomogeneity (bone-lung). In this work, the comparison of two commercial planning algorithms for external radiotherapy in lung cancers is proposed: AAA (the most commonly used) and Acuros XB (greater precision algorithm) both of Eclipse-Varian in phantoms. The PRIMO code, a Monte Carlo simulation validation system co-developed by INTE-UPC researchers, will be taken as a reference for in order to select the most appropriate planification system.

En las últimas décadas, la tecnología del plasma no térmico se ha estudiado ampliamente para muchas aplicaciones, entre las cuales, la más prometedora se encuentra en el campo de la medicina. Esta tecnología permite trabajar a temperatura ambiente, con lo cual podemos desarrollar aplicaciones médicas en las que el plasma se aplique a los tejidos humanos. Entre las distintas aplicaciones terapéuticas que se están desarrollando, encontramos el uso del plasma en terapias contra cáncer. Los plasmas no térmicos pueden generar especies reactivas de oxígeno y nitrógeno que tienen la capacidad de interactuar con los sistemas biológicos. En particular, estas especies reactivas permiten matar células cancerosas de manera selectiva sin dañar las células sanas presentes en los tejidos circundantes. El tratamiento de tumores internos más inaccesibles requiere utilizar tratamientos indirectos, en los que se utilizan líquidos tratados con plasma para poder administrar las especies reactivas cerca del tumor. Sin embargo, la inyección de estos líquidos en el cuerpo humano para administrar especies reactivas no es eficiente, ya que las especies reactivas contenidas en ellos son eliminadas rápidamente por los fluidos corporales. El uso de un sistema de administración adecuado donde se pueda generar y almacenar las especies reactivas, podría ofrecer una forma prometedora y viable para tratar el cáncer. En este sentido, los hidrogeles son excelentes candidatos para desarrollar estos sistemas de administración de especies reactivas ya que estos, puede implantarse mediante cirugía o inyectarse antes del proceso de reticulación, para liberar localmente, y de manera controlada, las especies reactivas para que interactúen eficazmente con los tumores. En este contexto, en el presente proyecto se estudiaron soluciones de heparina, condroitina y albúmina como posibles medios para la generación y almacenamiento de especies reactivas derivades del plasma. Para ello, tres soluciones con concentrac, En les darreres dècades, la tecnologia del plasma no tèrmic s'ha estudiat àmpliament per a moltes aplicacions, entre les quals la més prometedora es troba en el camp de la medicina. Aquesta tecnologia permet treballar a temperatura ambient, d’aquesta manera podem desenvolupar aplicacions mèdiques en què el plasma s'apliqui als teixits humans. Entre les diferents aplicacions terapèutiques que actualment s'estan desenvolupant trobem l'ús del plasma en teràpies contra càncer. Els plasmes no tèrmics poden generar espècies reactives d’oxigen i nitrogen que tenen la capacitat d’interactuar amb sistemes biològics. En particular, aquestes espècies reactives permeten matar cèl·lules canceroses de manera selectiva sense danyar les cèl·lules sanes presents als teixits circumdants. El tractament de tumors interns més inaccessibles requereix utilitzar tractaments indirectes, en què s'utilitzen líquids tractats amb plasma per poder administrar les espècies reactives a prop del tumor. No obstant això, la injecció d'aquests líquids al cos humà per administrar espècies reactives no és eficient, ja que les espècies reactives contingudes en ells són eliminades ràpidament pels fluids corporals. El desenvolupament d'un sistema d'administració adequat on es puguin generar i emmagatzemar les espècies reactives podria oferir una forma prometedora i viable per tractar el càncer. En aquest sentit, els hidrogels són excel·lents candidats per desenvolupar aquests sistemes d'administració d'espècies reactives ja que aquests es poden implantar mitjançant cirurgia o injectarse abans del procés de reticulació, per alliberar localment i de manera controlada, les espècies reactives perquè interactuïn eficaçment amb els tumors. En aquest context, en el present projecte es van estudiar solucions d'heparina, condroitina i albúmina com a possibles mitjans per generar i emmagatzemar espècies reactives derivades del plasma. Per aquest motiu, tres solucions amb concentracions diferents de cada biopolímer (, Non-thermal plasma technology has been largely studied in the last decades for many applications, and medicine is among the most promising ones. Working at room temperature allows to treat human tissues and to develop medical applications among them the cancer therapy. Non-thermal plasmas can generate reactive oxygen and nitrogen species that have the ability to interact with biological systems. In particular, they are selective in killing cancer cells without damaging the healthy cells present in the surrounding tissues. Internal cancers require to use indirect treatments and plasma treated liquids. However, the injection of these liquids directly in human body would not be beneficial since the reactive species contained in them would be quickly washed away by the body fluids. Generation and storage of reactive species in suitable delivery systems like hydrogels, could offer a promising and viable way to treat cancers. Indeed, the hydrogels can be implanted by surgery or be injected before crosslinking and release locally the reactive species which can interact effectively with tumours. In this project, solutions of heparin, chondroitin and albumin were studied as possible media for reactive species generation by plasma treatment and storage. Three concentrations of each polymer (1%w/w, 5%w/w, 10%w/w for heparin and chondroitin and 0.5%w/w, 1%w/w, 2.5%w/w for albumin) were plasma treated to assess the influence of polymers on the production of reactive species and to select the optimal concentration for each polymer. Hydrogels were produced by mixing polymers with agarose 4% w/w. The mechanical properties and the microstructure of the hydrogels were studied by rheology and scanning electron microscopy, respectively. Finally, the release properties of hydrogels loaded with plasma-generated reactive species were studied in phosphate buffer saline at 37 °C., Incoming