Nanopoints MoSe₂ ciblés dans nanosphères d'albumine : agent bimodal biocompatible pour radiothérapie photothermique synergique

Résumé

Combiner les fonctions photothermique et radiothérapeutique en une seule nanoplatforme tumor-spécifique est une stratégie émergente pour le traitement du cancer. Nous avons conçu un agent bimodal en assemblant des nanopoints (NP) ultrafins de sélénure de molybdène (MoSe₂) sur des nanosphères (NS) de sérum albumine bovin (BSA) et en conjuguant de l'acide folique (FA) via des liaisons polyéthylène glycol (PEG). Les NS FA-MoSe₂@BSA résultants présentent une absorption robuste dans le proche infrarouge (NIR) et une atténuation des rayons X, permettant un chauffage photothermique efficace et une radiosensibilisation. Des études in vitro et in vivo démontrent une captation tumorale ciblée, une excellente biocompatibilité et une réduction synergique de la viabilité tumorale lors de la combinaison d'irradiation NIR et rayons X. Ces résultats mettent en lumière les NS FA-MoSe₂@BSA comme plateforme multifonctionnelle prometteuse pour la photothermothérapie-radiothérapie (PTT-RT) clinique.

Contexte

Le cancer du sein reste une cause majeure de morbidité mondiale, avec des taux élevés de métastase et récidive. Les thérapies conventionnelles — chirurgie, chimiothérapie et radiothérapie (RT) — compromettent souvent les tissus sains et souffrent d'efficacité limitée, surtout dans les microenvironnements tumoraux hypoxiques. Les avancées récentes en photothermothérapie (PTT) ont démontré une invasivité minimale et une spécificité spatiale élevée, pourtant la PTT seule échoue fréquemment à éradiquer les tumeurs profondes ou inaccessibles. Notamment, l'hyperthermie induite par NIR peut améliorer l'oxygénation tumorale, rendant les cellules cancéreuses plus sensibles à la RT. Par conséquent, une approche combinée PTT-RT offre une voie convaincante pour maximiser les résultats thérapeutiques tout en atténuant les dommages collatéraux.

Les dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels (TMD), incluant MoS₂, WS₂ et ReS₂, ont émergé comme absorbeurs NIR puissants et radiosensibilisateurs en raison de leurs propriétés électroniques uniques. Le sélénure de molybdène (MoSe₂) spécifiquement a montré une forte conversion photothermique et une haute atténuation des rayons X, en faisant un candidat attrayant pour la thérapie bimodale. Cependant, l'instabilité inhérente des NP MoSe₂ en conditions physiologiques limite leur translation clinique. L'encapsulation dans des matrices protéiques comme la BSA peut stabiliser ces nanopoints et conférer la biocompatibilité, tandis que la conjugaison FA fournit une capacité de ciblage tumoral via les récepteurs au folate surexprimés sur de nombreuses cellules cancéreuses.

Méthodes

Matériaux

FA-PEG₅₀₀₀-NHS et CH₃-PEG₅₀₀₀-NHS (Shanghai Ponsure Biotech) étaient employés pour l'attachement FA. MoSe₂ en vrac (Sigma-Aldrich), BSA (≥98 % pureté) et réactifs standards de culture cellulaire (Corning) étaient utilisés tout au long.

Préparation des NS FA-MoSe₂@BSA

MoSe₂ en vrac (50 mg) était dispersé dans 25 mL d'eau distillée, soniqué (950 W, 25 kHz) pendant 12 h (2 s marche/3 s arrêt) pour produire des NP ultrafins. La centrifugation (6000 tr/min, 25 min ; puis 12 000 tr/min, 30 min) collectait le surnageant contenant les NP MoSe₂. L'ajout de 25 mg BSA et agitation pendant 6 h à 25 °C (pH 7,4) formait des coacervats, qui étaient réticulés avec 0,5 % glutaraldéhyde (250 µL). La dialyse (1 jour) éliminait l'excès d'agent de réticulation, produisant les NS MoSe₂@BSA. Pour la conjugaison FA, 8 mg FA-PEG₅₀₀₀-NHS était mélangé avec les NS et agité pendant 2 h ; un lot parallèle avec CH₃-PEG₅₀₀₀-NHS (8 mg) servait de témoin non ciblé. La dialyse complétait la purification, et la spectroscopie UV-Vis quantifiait le chargement FA (280 nm), donnant une efficacité d'encapsulation de 10,5 ± 0,11 %.

Caractérisations

La microscopie électronique à transmission (MET) et la microscopie électronique à balayage (MEB) confirmaient des cœurs NP ultrasmall (≈3,8 nm) et une morphologie NS sphérique (≈140 nm). La diffusion dynamique de la lumière (DDL) montrait des tailles hydrodynamiques stables dans l'eau, PBS et milieu cellulaire. Les spectres UV-Vis affichaient une forte absorption NIR pour les NP MoSe₂ et les NS FA-MoSe₂@BSA. La diffraction des rayons X (DRX) révélait les pics caractéristiques (002), indiquant des structures MoSe₂ peu de couches. Les spectres infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) confirmaient la formation de liaisons amides entre FA et BSA. La stabilité photothermique était évaluée sur trois cycles laser (808 nm, 1 W cm⁻²), ne montrant aucune perte d'élévation de température. L'imagerie par tomodensitométrie (CT) démontrait des valeurs d'unités Hounsfield (HU) dépendantes de la concentration, confirmant les capacités d'atténuation des rayons X.

Captation cellulaire et biocompatibilité

Le marquage FITC et la microscopie confocale révèlaient une captation accrue des NS conjugués FA dans les cellules 4T1 comparé aux NS non ciblés ; le blocage avec excès de FA libre réduisait la captation, confirmant l'endocytose médiée par le folate. La spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP-AES) quantifiait la teneur en Mo, corroborant les résultats confocaux. Les essais d'hémolyse (0–400 µg mL⁻¹) montraient <5 % hémolyse, et les essais de viabilité CCK-8 (0,01–0,4 mg mL⁻¹) indiquaient >90 % survie cellulaire après 24 h, démontrant une faible cytotoxicité.

Photothermothérapie radiothérapie in vitro

Sous irradiation 808 nm (1 W cm⁻², 5 min), les NS FA-MoSe₂@BSA élevaient la température locale d'environ 41 °C (200 µg mL⁻¹), tandis que le PBS n'augmentait que d'environ 1,5 °C. Combiné avec des doses de rayons X (0–5 Gy), les NS conjugués FA réduisaient significativement la viabilité 4T1, atteignant 92,8 % mort cellulaire à 5 Gy avec 1 W cm⁻² NIR, surpassant les NS non ciblés ou les modalités uniques.

Biodistribution et effet photothermique in vivo

Le cartographie par fluorescence et ICP-AES chez des souris nude Balb/c porteuses de tumeurs 4T1 révélait une accumulation tumorale maximale des NS FA-MoSe₂@BSA à 24 h post-injection (10 mg kg⁻¹). Les demi-vies sanguines étaient 0,91 h (distribution) et 16,96 h (élimination). L'irradiation NIR (808 nm, 1 W cm⁻², 5 min) à 24 h induisait une élévation d'environ 22 °C de la température tumorale, confirmant la performance photothermique in vivo.

Photothermothérapie radiothérapie in vivo

Dans une étude à six groupes (PBS, NIR, RT, MoSe₂@BSA + NIR + RT, FA-MoSe₂@BSA + NIR, FA-MoSe₂@BSA + NIR + RT), le groupe bimodal conjugué FA a atteint la suppression tumorale la plus prononcée (≥80 % réduction de volume) sur 30 jours, sans perte de poids significative ni toxicité d'organe (H&E et numérations sanguines complètes dans les normes).

Conclusions

Nous avons fabriqué avec succès des nanopoints MoSe₂ conjugués FA encapsulés dans des nanosphères BSA, atteignant des agents bimodaux stables, ciblant la tumeur et biocompatibles. Leur forte absorption NIR et atténuation des rayons X permettent des effets photothermiques et radiosensibilisants synergiques, produisant une ablation tumorale supérieure in vitro et in vivo avec toxicité systémique minimale. Ces nanosphères multifonctionnelles représentent une plateforme convaincante pour la future translation clinique de la photothermothérapie-radiothérapie combinée.

Abréviations

BSA

Sérum albumine bovin

FA

Acide folique

MoSe₂

Sélénure de molybdène

NP

Nanopoints

NIR

Proche infrarouge

NS

Nanosphères

PEG

Polyéthylène glycol

PTT

Photothermothérapie

RT

Radiothérapie