Photodynamic therapy (PDT) is traditionally limited due to the poor penetration of ultraviolet-visible (UV-vis) light in human tissues. However, advanced technologies allow the excitation of photosensitizers (PS) at different wavelengths, providing opportunities to discover compatible scintillators. A more efficient complex of nanoparticles and photosensitizers can be designed through a further understanding of the properties of each component of the system. This research focuses on the innovative application of X-rays as an alternative to UV-vis light for deeper tumor excitation in PDT. Scintillating nanoparticles (ScNP) are required as intermediates to convert the energy of X-rays into visible light. The role of PS is fulfilled by genetically encoded proteins. We explore the interaction of the eGFP, KillerOrange, and KillerRed proteins with ScNP LaF3:Tb3+ in terms of their physicochemical properties and energy transfer, while also investigating the structure, stability, and function of such proteins under adverse physiological conditions and X-ray irradiation. In a second system of project interest, we doped Hafnium Oxide (HfO2) nanoparticles with titanium (Ti) to enhance their luminescence properties and created a stable dispersion in PBS buffer. To stabilize the nanoparticles in PBS, we coated them with citric acid (CA). As the PS in this case, we used the miniSOG protein with its C-terminal modified by the insertion of a glutamate (E) sequence, forming miniSOG-PolyE. The proteins exhibited stability under harsh conditions experienced during cancer therapies. Biophysical characterization of the proteins, combined with tests using ionizing radiation, revealed minimal protein interaction with X-rays. We demonstrated the energy transfer from ScNP to eGFP, KO, and KR. The system consisting of eGFP, KO, and KR conjugated to LaF3:Tb3+ nanoparticles proved efficient in preventing bacterial culture growth, likely through the generation of reactive oxygen species. The genetic modification that resulted in miniSOG-Poly-E increased the binding with the HfO2 nanoparticle and stabilized the colloidal dispersion in environments similar to biological systems. We propose these systems as promising pathways for the use of genetically encoded photosensitizers in PDT applications with X-rays Further research on this topic could pave the way for more effective cancer therapies and shed light on the interaction of scintillating nanoparticles and proteins to create a conjugated nanocomposite with greater dispersion stability in biological media.

A terapia fotodinâmica (PDT) é tradicionalmente limitada devido à baixa penetração da luz ultravioleta-visível (UV-vis) nos tecidos humanos. No entanto, tecnologias avançadas permitem a excitação de fotossensibilizadores (PS) em diferentes comprimentos de onda, oferecendo oportunidades para a descoberta de cintiladores compatíveis. Um complexo mais eficiente de nanopartículas e fotossensibilizadores pode ser projetado através de um entendimento mais completo das propriedades de cada componente do sistema. Esta pesquisa foca na aplicação inovadora dos raios-X como uma alternativa à luz UV-vis para uma excitação mais profunda de tumores na PDT. Nanopartículas cintilantes (ScNP) são necessárias como intermediárias para converter a energia dos raios-X em luz visível. O papel de PS é cumprido por proteínas geneticamente codificadas. Exploramos a interação das proteínas eGFP, KillerOrange e KillerRed com ScNP de LaF3:Tb3+ em termos de suas propriedades físico-químicas e de transferência de energia, enquanto também investigamos a estrutura, estabilidade e função de tais proteínas em condições fisiológicas adversas e sob irradiação de raios-X. Em um segundo sistema de interesse do projeto, dopamos nanopartículas de Óxido de Háfnio (HfO2) com titânio (Ti) para realçar suas propriedades de luminescência e criamos uma dispersão estável em tampão PBS. Para estabilizar as nanopartículas em PBS, revestimo-las com ácido cítrico (CA). Como PS neste caso, usamos a proteína miniSOG com seu C-terminal modificado pela inserção de uma sequência de glutamatos (E), formando miniSOG-PolyE. A sequência de PolyE procurou mimetizar a interação do CA com as nanopartículas de HfO2. As proteínas exibiram estabilidade sob condições severas experimentadas durante as terapias do câncer. A caracterização biofísica das proteínas, combinada com testes usando radiação ionizante, revelou uma interação mínima da proteína com raios-X. Demonstramos a transferência de energia de ScNP para eGFP, KO, e KR. O sistema constituído por eGFP, KO and KR conjugadas às nanopartículas de LaF3:Tb3+ se mostrou eficiente na prevenção do crescimento de culturas bacterianas, provavelmente via geração de espécies reativas de oxigênio. A modificação genética que resultou na miniSOG-PolyE aumentou a ligação com a nanopartícula de HfO2 e estabilizou a dispersão coloidal em ambientes semelhantes aos sistemas biológicos. Propomos esses sistemas como vias promissoras para o uso de PS codificados geneticamente em aplicações de PDT com raios-X. Pesquisas adicionais sobre este tema podem abrir caminho para terapias contra o câncer mais eficazes e esclarecer sobre a interação de nanopartículas cintilantes e proteínas para criar um nanocomposto conjugado com maior estabilidade na dispersão em meios biológicos.