Nanoparticules sphériques or–carbonate de calcium de coquille de coque : fabrication, caractérisation et cytotoxicité pour usage biomédical

Résumé

Nous rapportons une synthèse simple et éco-responsable de nanoparticules sphériques hybrides or–carbonate de calcium dérivé de coquille de coque (Au-CSCaCO₃NPs) et évaluons leurs propriétés physicochimiques et leur biocompatibilité. Les nanoparticules d'or ont été produites par réduction au citrate et couplées à l'aragonite CaCO₃ extraite de coquilles d'Anadara granosa via une précipitation médiatée par la dodécyl diméthyl bétaïne. Les particules hybrides résultantes mesurent 35 ± 16 nm de diamètre, possèdent une charge de surface négative (−16,4 mV) et affichent un pic LSPR caractéristique à 530 nm. Les essais de cytotoxicité sur cellules MCF-7 et NIH-3T3 ont révélé >70 % d'inhibition des cellules cancéreuses à 100 µg·mL⁻¹ tout en épargnant les fibroblastes, indiquant une biocompatibilité sélective. Ces résultats suggèrent les Au-CSCaCO₃NPs comme plateforme prometteuse pour l'administration ciblée de médicaments et l'imagerie.

Contexte

Les nanoparticules monodisperses sont cruciales pour les applications biomédicales avancées telles que l'administration de médicaments, l'imagerie et la biosenseur. Les nanoparticules d'or (AuNPs) offrent des propriétés optiques ajustables, tandis que le carbonate de calcium biogénique, notamment le polymorphisme aragonite des coquilles de coque, offre une excellente biocompatibilité et une grande surface. La synthèse conventionnelle du CaCO₃ produit souvent des mélanges non-biogéniques de calcite/vatérite, inadaptés à l'usage clinique. Notre approche combine un protocole de réduction de l'or scalable et rentable avec une précipitation médiatée par la dodécyl diméthyl bétaïne du CaCO₃ de coquille de coque, produisant un nanomatériau hybride qui conserve les propriétés avantageuses des deux composants.

Méthodes

Matériaux

Chlorure d'or(III) trihydrate, citrate de trisodium, dodécyl diméthyl bétaïne (BS-12), vert d'indocyanine (ICG) et réactifs standards de culture cellulaire ont été achetés auprès de fournisseurs commerciaux. Des coquilles de coque fraîches ont été collectées localement, lavées, séchées, broyées en poudre <90 µm et utilisées directement pour la synthèse du CaCO₃.

Synthèse des AuNPs

Le chlorure d'or(III) (0,1 % p/v) a été réduit avec 1 % de citrate de trisodium à 100 °C pendant 15 min, produisant un colloïde rouge brillant. La réaction suit : 2 HAuCl₄ + 3 C₆H₈O₇ → 2 Au + 3 C₃H₆O₅ + 8 HCl + 3 CO₂.

Préparation des nanoparticules de CaCO₃ de coquille de coque (CSCaCO₃NPs)

2 g de poudre de coquille ont été dispersés dans 50 mL d'eau déionisée avec 0,5 mL de BS-12, agités à 1000 tr/min, 50 °C pendant 135 min. Le précipité a été filtré, lavé, séché et broyé pendant 5 jours à 200 tr/min pour obtenir des particules sphériques monodisperses de CaCO₃.

Conjugaison pour former les Au-CSCaCO₃NPs

0,2 g de CSCaCO₃NPs et 5 mg d'ICG ont été mélangés avec 20 mL de colloïde AuNP (pH 7). La suspension a été soniquée (20 min) et agitée (200 tr/min) pendant 3 jours, puis ultracentrifugée à 10 000 tr/min pour récupérer le conjugué, qui a été lavé et séché.

Caractérisation

• Microscopie électronique à transmission (MET) : particules sphériques de 19–51 nm, moyenne 35 ± 16 nm.
• MEB à émission de champ & EDX : morphologie, composition élémentaire (C 65 %, O 13,5 %, Ca 0,02 %, Cu 17,6 %, Au 3,9 %).
• Spectroscopie IR à transformée de Fourier : pics à 1455, 1059, 854, 706 cm⁻¹ indiquant signatures carboxylate et aragonite.
• UV-Vis : pic LSPR à 530 nm.
• Potentiel zêta : −16,4 ± 3,8 mV, IPd < 0,5.

Culture cellulaire et cytotoxicité

Les cellules MCF-7 (adénocarcinome du sein) et NIH-3T3 (fibroblaste de souris) ont été cultivées en DMEM avec 10 % FBS. Les cellules ont été ensemencées en plaques 96 puits (5 × 10³ cellules/puits) et exposées aux Au-CSCaCO₃NPs (25–100 µg·mL⁻¹) pendant 24, 48 et 72 h. La viabilité cellulaire a été mesurée par test MTT (570 nm).

Résultats et discussion

Propriétés physicochimiques

Les nanoparticules hybrides sont uniformément sphériques, avec une distribution de taille étroite et une forte charge de surface négative, indiquant une bonne stabilité colloïdale. Le décalage du pic LSPR confirme la conjugaison réussie de l'or.

Cytotoxicité

Les Au-CSCaCO₃NPs ont inhibé >70 % de la prolifération des cellules MCF-7 à 100 µg·mL⁻¹ tout en réduisant la viabilité des NIH-3T3 seulement d'environ 40 %. Les valeurs IC₅₀ étaient de 25–50 µg·mL⁻¹ pour les cellules cancéreuses et >80 µg·mL⁻¹ pour les fibroblastes, démontrant une cytotoxicité sélective.

Conclusions

Nous avons établi une voie scalable et respectueuse de l'environnement pour produire des nanoparticules sphériques hybrides Au-conjuguées au carbonate de calcium de coquille de coque avec taille contrôlée, excellente stabilité et activité anticancéreuse sélective. Ces hybrides sont des candidats prometteurs pour l'administration ciblée de médicaments, l'imagerie et les applications théranostiques.