Nanoparticules FePt enrobées de polypyrrole : Plateforme multifonctionnelle pour thérapie photothermique et imagerie photoacoustique

Résumé

Une nouvelle plateforme de nanoparticules fer-platine (FePt), encapsulée dans du polypyrrole (PPy), a été conçue pour combiner thérapie photothermique (PTT) et imagerie photoacoustique (PAI) dans le traitement du cancer. Les nanoparticules FePt@PPy présentent une excellente biocompatibilité, une stabilité photothermique et une forte absorption dans le proche infrarouge (NIR), permettant une ablation tumorale efficace sous irradiation laser 808 nm et une génération robuste de signal PA. Des études in vitro confirment une destruction puissante des cellules cancéreuses et un contraste PA net, positionnant FePt@PPy comme agent théranostique multifonctionnel prometteur.

Contexte

La thérapie photothermique est devenue une approche hautement sélective et peu invasive pour l'ablation du cancer, grâce à son contrôle spatio-temporel précis et sa toxicité systémique limitée. En convertissant la lumière NIR en chaleur, les nanoparticules FePt offrent une efficacité de conversion photothermique supérieure à celle de l'or et fournissent un double contraste CT/IRM. Cependant, la fonctionnalisation de surface reste essentielle pour améliorer la stabilité aqueuse et la biocompatibilité. Le polypyrrole, un polymère conducteur avec une absorption NIR robuste, une stabilité photothermique et une biocompatibilité, a été utilisé avec succès dans divers contextes biomédicaux. Cette étude rapporte la synthèse de nanoparticules FePt enrobées de PPy (FePt@PPy) et évalue leurs performances pour la PTT et la PAI combinées.

Méthodes

Matériaux

Tous les réactifs, y compris Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, acide 3-mercaptopropionique (3-MPA), pyrrole et autres, ont été achetés chez Sigma-Aldrich et utilisés sans purification. Les réactifs et milieux de culture cellulaire provenaient de HyClone. L'eau distillée a été utilisée pour toutes les préparations aqueuses.

Synthèse des nanoparticules FePt@PPy

La fabrication comprenait trois étapes consécutives :

1. Synthèse de NPs FePt hydrophobes : Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, 1,2-hexadécanediol, oléylamine et acide oléique ont été portés à reflux à 240 °C sous argon. Les NPs FePt obtenues ont été collectées par centrifugation et lavées à l'hexane.
2. Échange de ligands pour obtenir des NPs FePt hydrophiles : Le 3-MPA a été introduit pour remplacer l'oléylamine/l'acide oléique, rendant les particules solubles dans l'eau. Les NPs hydrophiles ont été isolées par centrifugation et lavées au cyclohexanone, éthanol et acétone.
3. Enrobage de polypyrrole : Les NPs FePt hydrophiles ont été dispersées dans l'eau, stabilisées avec PVA, et polymérisées avec le pyrrole en présence de persulfate d'ammonium. Après 2 h de polymérisation, les NPs FePt@PPy ont été centrifugées, lavées à l'eau chaude et resuspendues dans du PBS.

Caractérisation

La microscopie électronique à transmission (TEM) a révélé un diamètre de cœur de 8,3 nm et une épaisseur de coquille PPy d'environ 10 nm, donnant une taille globale de 42 nm. La spectroscopie X à dispersion d'énergie a confirmé un rapport Fe:Pt de 20:80. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a confirmé la présence de groupes fonctionnels PPy. Les spectres UV-Vis-NIR ont montré une bande d'absorption prononcée sur 700-900 nm, indiquant une forte activité NIR.

Tests photothermiques et de photostabilité

Des solutions de FePt@PPy (20-120 µg mL⁻¹) ont été irradiées avec un laser 808 nm (1 W cm⁻², 6 min). Les élévations de température allaient de 39 °C (20 µg mL⁻¹) à 71 °C (120 µg mL⁻¹). Des cycles chauffage/refroidissement (six répétitions) ont montré une déviation de température négligeable et des spectres UV-Vis inchangés, confirmant une excellente stabilité photothermique.

Stabilité à long terme

Les nanoparticules stockées à 4 °C dans du PBS ou des milieux de culture cellulaire ont conservé leur taille (< 45 nm) et leurs caractéristiques d'absorption sur 30 jours, indiquant une robuste stabilité colloïdale.

Cytotoxicité et internalisation cellulaires

Des tests MTT sur cellules cancéreuses du sein MDA-MB-231 ont révélé >95 % de viabilité même à 120 µg mL⁻¹ FePt@PPy, tandis que les FePt non enrobés présentaient ~80 % de viabilité. La coloration au bleu de Prusse a confirmé une internalisation cellulaire efficace.

Thérapie photothermique in vitro

Après 24 h d'incubation avec FePt@PPy (10-100 µg mL⁻¹) suivie d'une irradiation 808 nm (1 W cm⁻², 4-6 min), la viabilité cellulaire a diminué de manière dose- et temps-dépendante. À 100 µg mL⁻¹ et 6 min d'irradiation, ~70 % des cellules étaient tuées, surpassant de nombreux systèmes rapportés à puissances laser comparables.

Expérience de chauffage in vivo

L'injection sous-cutanée de 100 µL FePt@PPy (100 µg mL⁻¹) chez une souris nue suivie d'une irradiation 808 nm (1 W cm⁻², 6 min) a augmenté la température cutanée d'environ 19 °C, localisant l'effet thermique au site d'injection.

Imagerie photoacoustique in vitro