Magnetic Nanoparticles in Theranostics: From Controlled Synthesis and Surface Engineering to Biological Performance and Clinical Translation
Nanopartículas Magnéticas em Teranóstica: Da Síntese Controlada e Engenharia de Superfície ao Desempenho Biológico e à Tradução Clínica.
Autores:
- Gabriel Tolardo Colombo*
- Ruan Rompato Vieira
- Gustavo Sanguino Dias**
- Marcia Edilaine Lopes Consolaro
- Ivair Aparecido dos Santos**
- Raquel Dosciatti Bini
- Luiz Fernando Cotica**
* Bolsista NAPI EZC
** Pesquisadores NAPI EZC
Publicado 11 de março de 2026
Abstract
The usage of magnetic nanoparticles (MNPs), particularly iron oxide-based systems such as magnetite (Fe3O4) and maghemite (𝛾-Fe2O3), has significantly advanced the field of theranostics. These nanoparticles unite therapeutic and diagnostic capabilities due to their favorable magnetic properties and surface engineering potential. However, the path from synthesis to clinical application poses substantial challenges, including optimization of structure–property–function relationships, biocompatibility issues, and effective surface functionalization. Various synthesis methods, such as co-precipitation and thermal decomposition, aim to achieve specific nanoparticle characteristics, although they encounter obstacles related to scalability and reproducibility. Furthermore, characterizing these systems through structural, microstructural and spectroscopic techniques is vital to determine their functional efficacy and ensure their safe biomedical usage. This review comprehensively examines recent advancements and identifies existing challenges in the clinical translation of MNPs, highlighting the need for refined methods and standardized protocols to effectively exploit their theranostic potential. It outlines future directions, emphasizing the importance of green synthesis and robust characterization frameworks to enhance the integration of MNPs in personalized medicine.
Keywords: superparamagnetism; magnetic hyperthermia; surface functionalization; drug delivery systems; biocompatibility
Resumo
O uso de nanopartículas magnéticas (MNPs), particularmente sistemas à base de óxido de ferro, como magnetita (Fe₃O₄) e maghemita (γ-Fe₂O₃), tem promovido avanços significativos no campo da teranóstica. Essas nanopartículas unem capacidades terapêuticas e diagnósticas devido às suas propriedades magnéticas favoráveis e ao potencial de engenharia de superfície. No entanto, o caminho desde a síntese até a aplicação clínica apresenta desafios substanciais, incluindo a otimização das relações estrutura–propriedade–função, questões de biocompatibilidade e a funcionalização superficial eficiente. Diversos métodos de síntese, como coprecipitação e decomposição térmica, buscam alcançar características específicas das nanopartículas, embora enfrentem obstáculos relacionados à escalabilidade e à reprodutibilidade. Além disso, a caracterização desses sistemas por meio de técnicas estruturais, microestruturais e espectroscópicas é fundamental para determinar sua eficácia funcional e garantir o uso biomédico seguro. Esta revisão examina de forma abrangente os avanços recentes e identifica os desafios existentes na tradução clínica das MNPs, destacando a necessidade de métodos aprimorados e protocolos padronizados para explorar efetivamente seu potencial teranóstico. O trabalho também apresenta perspectivas futuras, enfatizando a importância da síntese verde e de estruturas robustas de caracterização para ampliar a integração das MNPs na medicina personalizada.
Palavras-chave: superparamagnetismo; hipertermia magnética; funcionalização de superfície; sistemas de liberação de fármacos; biocompatibilidade.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
