Synthèse assistée par micro-ondes en 5 minutes de points de carbone passivés par polydopamine avec 5 % de rendement quantique et 35 % d'efficacité photothermique pour la thérapie du cancer

Les spectres FT-IR affichaient des étirements O-H catéchol caractéristiques (~3400 cm⁻¹) et des bandes C=C aromatiques (~1600 cm⁻¹), confirmant l'intégration de la PDA. De nouveaux pics à 1642, 1588 et 1640 cm⁻¹ correspondaient aux vibrations C=O, N-H et C-N, témoignant d'une passivation de surface réussie. Les spectres UV-Vis montraient une absorption large de 200 à 900 nm, surtout dans la région NIR, une signature de la capacité photothermique de la PDA. Les CD-PDA présentaient des pics à 274 et 370 nm, tandis que les CD culminait à 260 et 330 nm ; le décalage bathochromique reflète l'introduction d'amidogène depuis la PDA.

Photoluminescence des CD-PDA

Le pic d'émission des CD-PDA se décalait de 450 à 500 nm alors que la longueur d'onde d'excitation variait de 350 à 420 nm, démontrant une fluorescence ajustable. La microscopie fluorescente et l'imagerie UV macroscopique (365 nm) confirmaient une émission plus forte relative aux CD. Le RQ, mesuré par rapport au sulfate de quinine (RQ 54 %), était de 5 %, près du triple des CD contrôle. L'intensité de fluorescence restait stable sur 2100 s d'irradiation 365 nm, indiquant une photoluminescence robuste.

Les études d'optimisation ont révélé que 2 h de pré-polymérisation de la dopamine donnaient la fluorescence maximale, tandis que la variation des concentrations de PDA (3-9 mg mL⁻¹) produisait une réponse en forme de cloche. Les conditions acides (pH 5) amélioraient davantage la fluorescence, suggérant une performance favorable dans les microenvironnements tumoraux.

Performance photothermique et cytotoxicités des CD-PDA

Efficacité photothermique

Sous irradiation 808 nm, 2 W cm⁻² pendant 10 min, les CD-PDA (200 µg mL⁻¹) ont élevé la température de 27 °C, comparable à la PDA seule (30 °C) et significativement plus élevée que les CD (7,5 °C). Les courbes de chauffage dépendantes de la concentration ont confirmé une corrélation directe entre la charge de CD-PDA et l'élévation de température, avec une efficacité de conversion photothermique de 35 % — surpassant les nanobâtons d'or (22 %).

Viabilité cellulaire in vitro

Les essais MTT sur cellules HeLa ont démontré une viabilité dose-dépendante. Les CD-PDA maintenaient >80 % de viabilité jusqu'à 100 µg mL⁻¹, surpassant les CD et égalant le profil de la PDA. Sous irradiation 808 nm (5 min), les CD-PDA réduisaient la viabilité cellulaire à 30 % à 200 µg mL⁻¹, confirmant un puissant effet photothermique tueur tout en conservant une faible toxicité dans l'obscurité.

Conclusions

Nous avons établi un protocole rationalisé, 5 minutes, assisté par micro-ondes pour synthétiser des CD passivés PDA. Les CD-PDA résultants présentent un RQ de 5 %, une efficacité de conversion photothermique de 35 % et un rendement amélioré grâce à la nucléation induite par PDA. Les études in vitro révèlent une excellente biocompatibilité et un effet thérapeutique photothermique significatif, avec la couche PDA offrant des voies pour une fonctionnalisation ultérieure via l'addition de Michael ou la chimie de base de Schiff.

Méthodes/Expérimental

Matériaux

Tous les réactifs étaient de grade analytique. Chlorhydrate de dopamine (Sigma-Aldrich), sulfate de quinine (Fluka), glycérol (>99 %), tampon Tris (10 mM, pH 8,5), DMSO (>99,8 %), membranes de dialyse (MWCO 1000 Da), MTT, trypsine et antibiotiques (Beyotime) ont été utilisés sans purification supplémentaire. Les cellules HeLa provenaient de l'ATCC. Le DMEM et le FBS provenaient de HyClone et Biological Industries, respectivement.

Instrumentation et caractérisation

FT-IR (Nicolet 380), UV-Vis-NIR (Perkin-Elmer Lambda 750), fluorescence (Tecan Infinite 200PRO), DLS (Malvern Nano-ZS), TEM (FEI Tecnai G) et un four micro-ondes domestique 500 W (Galanz) ont été employés pour l'analyse.

Préparation des CD-PDA et CD

La dopamine (50 mg) a été dissoute dans 10 mL Tris (pH 8,5) et agitée à température ambiante pendant 2 h pour former la PDA. La synthèse des CD-PDA impliquait le mélange de 6 mL de cette PDA avec 20 mL de glycérol, suivi de 5 min d'oxydation micro-ondes à 500 W, puis dialyse (48 h, MWCO 1000 Da) et lyophilisation. Les CD étaient préparés de manière similaire mais sans PDA.

Détermination du rendement quantique de fluorescence

Le RQ a été mesuré en utilisant le sulfate de quinine (0,1 M H₂SO₄, RQ = 54 %) comme standard. Les échantillons étaient dilués à une densité optique <0,02 à 350 nm, et la fluorescence intégrée (380-700 nm) était comparée au standard en utilisant la formule F = Fₛₜ(Grad_X/Grad_ST)(R_X²/R_ST²).

Mesures photothermiques

Les échantillons (200 µg mL⁻¹) étaient placés dans des cuvettes de quartz et irradiés avec un laser 808 nm, 2 W cm⁻². La température était enregistrée chaque minute pendant 10 min ; les courbes de refroidissement étaient obtenues post-irradiation. L'efficacité photothermique était calculée suivant des protocoles établis.

Culture cellulaire

Les cellules HeLa étaient cultivées en DMEM (glucose élevé) supplémenté avec 10 % FBS et antibiotiques à 37 °C, 5 % CO₂.

Essai MTT

Les cellules (2 × 10⁴ cellules puits⁻¹) étaient incubées avec des concentrations variables de CD-PDA (10-100 µg mL⁻¹) pendant 24 h, suivies de MTT (5 mg mL⁻¹) pendant 4 h. L'absorbance à 490 nm était mesurée, et la viabilité était exprimée en pourcentage par rapport aux témoins non traités.