Toxicity of Nanoparticles - Recent Advances and New Perspectives

Abstract

Upconversion nanoparticles (UCNPs) are highly efficient luminescent nanomaterials with emission in the visible spectra while being excited by near-infrared region light (NIR). With their unique properties such as high luminescence intensity, sharp emission peaks with narrow bandwidth, large anti-Stokes’ shift, and sizes smaller than 100 nm, UCNPs have emerged as promising candidates for diverse biomedical applications such as cancer detection and therapy, fluorescence imaging, magnetic resonance imaging (MRI), and drug delivery. The UCNPs are composed of a crystalline matrix doped with lanthanide ions that can absorb NIR light (~980 nm) and upconvert it to visible light. However, to achieve successful biomedical applications, proper functionalization, target-specific cell interaction, and biocompatibility are critical factors that must be considered. Additionally, a comprehensive nanotoxicological assessment is necessary to ensure that UCNPs are not cytotoxic or genotoxic. This assessment is particularly important for long-term studies of nanoparticles’ tracking in vivo. Therefore, this chapter aims to provide an in-depth evaluation of the nanotoxicological issues related to nanoparticles (NPs) and UCNPs in biomedical applications, and ensure their safety and efficacy as bioimaging and chemotherapeutic delivery tools. RESUMEN Las nanopartículas de conversión ascendente (UCNP) son nanomateriales luminiscentes altamente eficientes con emisión en el espectro visible mientras son excitados por la luz de la región del infrarrojo cercano (NIR). Con sus propiedades únicas, como alta intensidad de luminiscencia, picos de emisión agudos con ancho de banda estrecho, gran desplazamiento anti-Stokes y tamaños inferiores a 100 nm, las UCNP se han convertido en candidatos prometedores para diversas aplicaciones biomédicas, como la detección y terapia del cáncer, imágenes de fluorescencia. , imágenes por resonancia magnética (MRI) y administración de medicamentos. Las UCNP están compuestas por una matriz cristalina dopada con iones de lantánidos que pueden absorber la luz NIR (~980 nm) y convertirla en luz visible. Sin embargo, para lograr aplicaciones biomédicas exitosas, la funcionalización adecuada, la interacción celular específica y la biocompatibilidad son factores críticos que deben considerarse. Además, es necesaria una evaluación nanotoxicológica integral para garantizar que las UCNP no sean citotóxicas ni genotóxicas. Esta evaluación es particularmente importante para estudios a largo plazo sobre el seguimiento de nanopartículas in vivo. Por lo tanto, este capítulo tiene como objetivo proporcionar una evaluación en profundidad de los problemas nanotoxicológicos relacionados con las nanopartículas (NP) y las UCNP en aplicaciones biomédicas, y garantizar su seguridad y eficacia como herramientas de bioimagen y administración quimioterapéutica.