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La complexation avec le fullerène C60 augmente l'efficacité de la doxorubicine contre les cellules leucémiques in vitro

Résumé

La chimiothérapie anticancéreuse conventionnelle est limitée en raison d'effets secondaires graves ainsi que d'une multirésistance aux médicaments évoluant rapidement des cellules tumorales. Pour résoudre ce problème, nous avons exploré un C60 système nanométrique à base de fullerène comme support de médicaments anticancéreux pour une administration optimisée de médicaments aux cellules leucémiques.

Ici, nous avons étudié les propriétés physico-chimiques et l'activité anticancéreuse du C60 complexes non covalents de fullerène avec le médicament anticancéreux couramment utilisé, la doxorubicine. C60 -Les complexes de doxorubicine dans un rapport 1:1 et 2:1 ont été caractérisés par spectrométrie UV/Vis, diffusion dynamique de la lumière et chromatographie liquide haute performance-spectrométrie de masse en tandem (HPLC-MS/MS). Les données analytiques obtenues ont indiqué que les complexes à 140 nm étaient stables et pouvaient être utilisés pour des applications biologiques. Dans les lignées cellulaires leucémiques (CCRF-CEM, Jurkat, THP1 et Molt-16), les nanocomplexes ont révélé un potentiel cytotoxique ≤ 3,5 plus élevé que le médicament libre dans une gamme de concentrations nanomolaires. En outre, le niveau du médicament intracellulaire a mis en évidence C60 fonction nanoporteur considérable de fullerène.

Les résultats de cette étude ont indiqué que C60 les nanocomplexes d'administration à base de fullerène avaient une valeur potentielle pour l'optimisation de l'efficacité de la doxorubicine contre les cellules leucémiques.

Introduction

Les principaux efforts de recherche sur le cancer visent à trouver des moyens plus puissants et plus sélectifs pour l'élimination directe des cellules cancéreuses. Cette tâche peut être accomplie avec des moyens de nanobiotechnologie. Les progrès récents dans ce domaine ont suscité un intérêt pour une nanostructure de carbone - C60 fullerène [1] qui non seulement présente des propriétés physico-chimiques uniques [2, 3], une activité biologique [4,5,6,7,8,9,10] et un comportement antioxydant [11,12,13,14], mais possède également un potentiel important pour servir de nanosupport pour l'administration de médicaments dans les cellules cancéreuses [15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25] (ici systématiquement abrégé en « C60 ”).

La doxorubicine, un médicament chimiothérapeutique anticancéreux à base d'anthracycline (ici abrégé systématiquement en « Dox ») est l'un des premiers candidats à une nano-administration plus ciblée en raison d'une cardiotoxicité potentiellement mortelle et d'autres effets secondaires graves [25, 26]. Le principal mécanisme de toxicité de Dox contre les cellules cancéreuses est son intercalation dans l'ADN nucléaire suivie de l'inhibition de l'activité de la topoisomérase, de la réplication de l'ADN et de sa réparation [26,27,28]. Mais les effets secondaires de Dox sur les cardiomyocytes sont considérés comme étant déterminés par un autre mécanisme, principalement la formation d'espèces réactives de l'oxygène liées au fer [27, 28]. La combinaison de C60 le potentiel antioxydant [2, 11, 13] et sa capacité d'administration de médicaments [24, 25] rendent la nanostructure très attrayante pour la thérapie anticancéreuse.

La complexation de Dox avec des nanostructures augmente la taille du médicament, améliorant à la fois sa rétention dans l'organisme et prolongeant l'activité thérapeutique [29, 30]. Pour développer un nanosystème applicable pour une administration réussie de médicaments anticancéreux, les études précédentes se sont concentrées sur les aspects concernant la stabilité, la biocompatibilité, la biodistribution et la fonctionnalité [29,30,31,32,33].

Un couplage de Dox et C60 pour un ciblage passif des cellules cancéreuses peut être réalisé par liaison covalente [15,16,17, 23] ou par des interactions non covalentes [18,19,20,21,22]. Un complexe de C60 avec deux molécules Dox liées à un amide ont montré la même cytotoxicité contre les cellules MCF-7 du cancer du sein humain que le médicament libre [16]. Quand Dox était lié à C60 grâce à un lieur carbamate, il n'a montré aucun changement dans l'efficacité antitumorale mais n'a eu aucune toxicité systémique dans un modèle de tumeur murine [17]. Lorsqu'une ou deux molécules de Dox étaient ancrées sur du C60 pégylé particules par le biais d'une liaison de type uréthane, le complexe présentait même un effet antiprolifératif retardé sur les cellules MCF-7 [23].

Pour la complexation non covalente de la molécule Dox aromatique avec la surface polyaromatique de C60 , l'effet d'empilement π-π est responsable. Dans une tentative pionnière, Evstigneev et al. [19] a montré une méthode simple et rapide de C60 complexation non covalente avec Dox dans l'eau [19] et en solution physiologique [20]. Le nanosystème proposé s'est avéré avoir une toxicité plus élevée que le médicament libre contre diverses lignées cellulaires tumorales humaines in vitro et le carcinome pulmonaire de Lewis de souris in vivo [21, 22]. Dans une autre approche, un effet antimicrobien et l'applicabilité pour l'imagerie in vivo ont été montrés [18].

Le but de la recherche présentée est d'évaluer les propriétés physico-chimiques du C60 -Complexe Dox formé après interaction non covalente des composants, son accumulation intracellulaire et son potentiel cytotoxique contre les lignées de cellules leucémiques humaines.

Méthodes/Expérimental

Produits chimiques

Un milieu liquide RPMI 1640, une solution saline tamponnée au phosphate (PBS), du sérum bovin fœtal (FBS), de la pénicilline/streptomycine et de la L-glutamine ont été obtenus auprès de Biochrom (Berlin, Allemagne). Le bromure de 3-(4,5-diméthylthiazol-2-yl)-2,5-diphényltétrazolium (MTT) et le Hoechst 33342 ont été obtenus auprès de Sigma-Aldrich Co. (St-Louis, USA). Du diméthylsulfoxyde (DMSO), du chlorure de sodium, de l'acétonitrile, de l'acide formique et du bleu trypan de Carl Roth GmbH + Co. KG (Karlsruhe, Allemagne) ont été utilisés.

C60 et C60 -Synthèse complexe Dox

Le C60 immaculé une solution aqueuse de colloïde a été préparée par C60 transfert du toluène à l'eau en utilisant une sonication continue par ultrasons comme décrit par Ritter et al. [34] Le C60 obtenu La solution d'eau colloïdale avait une concentration finale de 150  μg/ml avec une pureté, une stabilité et une homogénéité de 99 % et une taille moyenne de nanoparticule de 100  nm [34, 35].

Dox ("Doxorubicin-TEVA", Pharmachemie B.V., Utrecht, Pays-Bas) a été dissous dans une solution physiologique à une concentration initiale de 150 μg/ml.

Un C60 -Le complexe Dox a été préparé selon le protocole [20]. En bref, C60 et les solutions Dox ont été mélangées dans un rapport pondéral 1:1 ou 2:1. Le mélange a été traité dans le disperseur à ultrasons pendant 30 min et agité magnétiquement pendant 24 h à température ambiante. La concentration finale des deux C60 et Dox dans le C60 -Le complexe Dox 1:1 était de 75  μg/ml. La concentration finale de C60 et Dox dans le C60 -Le complexe Dox 2:1 était de 100 g/ml et 50  μg/ml, respectivement. Le médicament non lié a été lavé avec le kit de dialyse Pur-A-LyzerTM Midi 1000 Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, USA). La stabilité (valeur de potentiel ζ) et la distribution granulométrique (diamètre hydrodynamique) [20, 36, 37, 38, 39] des complexes ont été systématiquement vérifiées et se sont révélées pratiquement inchangées après 6 mois de stockage en sérum physiologique. La concentration de travail de C60 -Les complexes Dox dans les sondes ont été présentés selon une concentration équivalente en Dox dans la plage de 0,1 à 100  μM à dessein pour comparer l'effet des complexes avec l'effet du médicament libre dans la même concentration.

Chromatographie en phase liquide haute performance-Spectrométrie de masse en tandem

Spectrométrie de masse du C60 -Les complexes Dox après séparation chromatographique ont été obtenus avec un spectromètre de masse quadripolaire en tandem LCMS-8040, équipé d'une source d'ionisation par électrospray (ESI) (Shimadzu, Kyoto, Japon) couplée à un système de chromatographie liquide haute performance (HPLC) Nexera. Ce dernier a utilisé une colonne Eclipse XDB-C18 100 mm × 4,6 mm, 3 μM (Agilent, Santa Clara, USA) avec une phase mobile isocratique d'acétonitrile et une solution d'eau d'acide formique à 0,1% (80:20, v /v ) à un débit de 0.3 ml/min. Les conditions chromatographiques en phase inverse et les paramètres MS/MS optimisés sont présentés dans le tableau 1. Pour l'identification et la quantification, l'ion moléculaire de Dox a été choisi. L'analyse HPLC-ESI-MS/MS a été réalisée en mode positif en utilisant un régime de surveillance de réactions multiples (MRM) qui fournit la meilleure sensibilité et précision des mesures. Après l'optimisation MS/MS, une transition MRM unique qui inclut des ions précurseurs et produits caractéristiques a été acquise et utilisée pour une identification et une quantification plus poussées. Le Dox protoné ([M + H] + , 544,2 m/z) a été utilisé comme ion précurseur avec les ions fragments les plus abondants de 130,2 et 361,1  m/z.

Pour le traitement des données, le logiciel LabSolutions HPLC-MS/MS (Shimadzu, Kyoto, Japon) a été utilisé. D'autres paramètres ont été réglés automatiquement.

Des étalons d'étalonnage Dox de 0,005 à 5 M ont été préparés à partir d'une solution mère d'eau à 1,85  mM. Les standards ont été conservés à l'obscurité à 4°C. Les courbes d'étalonnage ont été tracées avec 1/X pondération, r 2 = 0.99463. Les limites de détection (LOD) et de quantification (LOQ) ont été définies selon LOD = 3.3 × s /Pente et LOQ = 10 × s /Pente, respectivement, où s est l'écart type de la droite de régression.

Analyse spectroscopique et fluorométrique

Les spectres d'absorbance et de fluorescence du Dox libre et du C60 -Les complexes Dox ont été mesurés aux paramètres suivants :(1) absorbance - plage de longueurs d'onde de 400 à 550  nm, taille du pas de longueur d'onde de 5  nm, nombre d'éclairs par puits 25 ; (2) fluorescence — λex = 470 nm, gamme de longueurs d'onde 500–800 nm, pas de longueur d'onde 2 nm, nombre de flashs par puits 25. Un volume de 100 μl des solutions étudiées a été mesuré dans les plaques 96 puits Sarstedt (Nümbrecht, Allemagne) avec un multimode spectromètre à microplaques Tecan Infinite M200 Pro (Männedorf, Suisse).

Diffusion dynamique de la lumière

C60 -La distribution granulométrique du complexe Dox a été évaluée avec un Zetasizer Nano S (Malvern Instruments, Royaume-Uni) équipé d'un laser He-Ne (633 nm). Les données ont été enregistrées à 37 °C en mode rétrodiffusion à un angle de diffusion de 2θ = 173°.

Culture cellulaire

Les lignées de cellules T cancéreuses humaines d'origine leucose CCRF-CEM (ACC 240), Jurkat (ACC 282) et Molt-16 (ACC 29) ont été achetées auprès du Leibniz Institute DSMZ-German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen). Le THP1 a été aimablement fourni par le Dr Sofia Cortes (Nouvelle Université de Lisbonne, Portugal).

Les cellules ont été maintenues dans du milieu RPMI 1640 additionné de 10 % de sérum de veau fœtal, de 1 % de pénicilline/streptomycine et de 2  mM de glutamine, en utilisant 25 cm 2 flacons à 37 °C avec 5% CO2 dans un incubateur humidifié Binder (Tuttlingen, Allemagne). Le nombre de cellules viables a été compté sur une coloration au bleu trypan à 0,1 % avec un analyseur Roche Cedex XS (Bâle, Suisse).

Viabilité de la cellule

10 4 cellules/puits ont été cultivés dans des plaques de culture cellulaire à 96 puits Sarstedt (Nümbrecht, Allemagne) pendant 24 h. Le milieu de culture cellulaire a été remplacé par un milieu supplémenté en médicament. Les cellules ont été incubées en présence de concentrations variables de Dox libre ou de C60 -Complexe Dox. Après 24, 48 et 72 h d'incubation, la viabilité cellulaire a été déterminée par le test de réduction du MTT [40]. Brièvement, 10 l de solution de MTT (5 mg/ml dans du PBS) ont été ajoutés à chaque puits et les cellules ont été incubées pendant 2 h à 37 °C. Le milieu de culture a ensuite été remplacé par 100 μl de DMSO, et la formation de diformazan a été déterminée en mesurant l'absorption à =570 nm avec le lecteur de microplaques Tecan Infinite M200 Pro (Männedorf, Suisse). L'ajustement de la courbe et le calcul des valeurs de concentration inhibitrice demi-maximale (CI50) ont été effectués à l'aide du logiciel spécialisé GraphPad Prism 7 (GraphPad Software Inc., USA). En bref, des courbes concentration-effet individuelles ont été générées en ajustant le logarithme de la concentration du composé testé par rapport au pourcentage normalisé correspondant des valeurs de viabilité cellulaire à l'aide d'une régression non linéaire.

Microscopie à fluorescence

Les cellules CCRF-CEM ont été ensemencées dans des plaques 6 puits Sarstedt (Nümbrecht, Allemagne) à une densité cellulaire de 2 × 10 5 cellules/puits dans 2 ml de milieu de culture et incubé pendant 24 h. Ensuite, les cellules ont été traitées avec 1 μM de Dox libre ou C60 -Complexe Dox pendant 1, 3 et 6 h et lavé avec du PBS. La visualisation a été réalisée avec un Microscope à Fluorescence Keyence BZ-9000 BIOREVO (Osaka, Japon) équipé de rouge (λex = 480 nm, λem = 600 nm) et un logiciel d'acquisition respectif Keyence BZ-II Viewer (Osaka, Japon).

Cytométrie en flux

Cellules CCRF-CEM (2 × 10 5 /puits, 2 ml) ont été ensemencés dans des plaques 6 puits, incubés pendant 24 h, puis traités avec 1 μM free et C60 lié Dox. Après 1, 3 et 6 h d'incubation, les cellules ont été récoltées, lavées avec du PBS et analysées avec le cytomètre en flux BD FACSJazz™ (Singapour). Un minimum de 2 × 10 4 cellules par échantillon ont été acquises et analysées avec le logiciel BD FACS™ (Singapour).

Statistiques

Toutes les expériences ont été réalisées avec un minimum de quatre répétitions. L'analyse des données a été réalisée à l'aide du GraphPad Prism 7 (GraphPad Software Inc., USA). t d'étudiant apparié des tests ont été effectués. Valeurs de différence p < 0,05 ont été considérés comme significatifs.

Résultats et discussion

Analyse HPLC-MS/MS de C60 -Complexes Dox

Pour la séparation chromatographique, nous avons utilisé les conditions de phase inverse en espérant que pendant le processus de séparation, le C60 hydrophobe les molécules sont retenues sur la colonne beaucoup plus fortement que celles du Dox plus polaire [41]. L'élution avec la phase mobile polaire devrait évidemment provoquer la décomposition du complexe et la libération de Dox libre qui possède une affinité plus élevée pour la phase mobile et peut être détecté par spectrométrie de masse.

Pour confirmer la présence du complexe en solution, une concentration de 1 M de Dox a été choisie comme optimale pour l'analyse analytique. Dans des conditions d'écoulement isocratique, le temps de rétention du Dox libre et du Dox en tant que composant des complexes avec C60 était différent - 11,66 et 9,44 min, respectivement (Fig. 1). De plus, les pics de chromatographie de Dox libérés par les complexes étaient plus larges et avec une « traînée de pics » observée. Le décalage détecté dans les temps de rétention ainsi que les différentes formes de sélection indiquent que la décomposition de C60 -Dox conjugués sur les molécules de fullerène de la colonne qui possèdent une affinité plus élevée pour la colonne C18. Par conséquent, la nanostructure occupe une partie des sites de liaison actifs et interfère correctement avec la liaison de Dox à ces sites, affectant ainsi le processus de séparation. Cela se traduit par une rétention plus courte (temps réduit nécessaire pour que Dox traverse la colonne) ainsi qu'une bordure et une queue de pic pour le Dox libéré du complexe par rapport au médicament libre. Un phénomène très similaire a été observé par Lie et al. [42] lors de la séparation chromatographique de C60 complexes non covalents avec le pullulane. Les différences dans les chromatogrammes du Dox libre et ceux libérés des complexes ont évidemment mis en évidence la présence de C60 -Complexes Dox en solution.

Chromatogrammes de surveillance de réactions multiples de Dox libre (1 μM), C60 -Dox 1:1 et C60 -Complexes Dox 2:1 (concentration équivalente Dox 1 μM) sous flux isocratique (acétonitrile, acide formique 0,1% dans H2 O, 80:20, v :v ), précurseur → transition des ions produits : 544.2 → 130.2 et 361.1 m/z ; a.u. unités arbitraires

Analyse spectroscopique et fluorométrique

Les propriétés optiques de Dox sont déterminées par la transition électronique dans le système -complexé de ses cycles aromatiques et de ses groupes cétoniques [43]. Le spectre d'absorption typique de Dox se situe dans les longueurs d'onde de λ < 600 nm avec une large bande à 480 nm (Fig. 2a). Le spectre d'absorption UV/Vis du C60 vierge La solution colloïdale d'eau a trois bandes d'absorption typiques avec des maxima à 220, 265 et 350  nm et une longue queue large et mineure jusqu'à la région rouge de la lumière visible [34, 44]. Par conséquent, les spectres de contrôle respectifs de C60 libre ont été soustraits des spectres du complexe. Les spectres d'absorption observés des deux complexes 50 μM étaient similaires à ceux du Dox 50  μM libre, mais un effet hypochrome de 30 % a été observé (Fig. 2a) indiquant une fixation Dox sur le C60 surface due aux interactions d'empilement π-π.

Caractérisation optique des complexes. Spectres de densité optique de Dox libre et C60 -Complexes Dox (a ). Spectres d'émission de fluorescence de Dox libre et C60 -Complexes Dox à concentration équivalente Dox de 3 à 50 μM (b ); a.u. unités arbitraires

Le maximum d'absorption de longue longueur d'onde de Dox (λ = 480 nm) a été utilisé comme longueur d'onde d'excitation pour suivre sa fluorescence. Le spectre de fluorescence présente une large bande composée de trois pics à 560, 594 et 638 nm avec un maximum autour de 594 nm (Fig. 2b) [43], alors que C60 n'a pas de fluorescence détectable dans cette bande spectrale. C60 -La fluorescence des complexes Dox a été estimée dans une série de dilutions avec une concentration équivalente en Dox de 3 à 50  μM. Quelle que soit la dilution, la fluorescence de Dox (λex = 480 nm, λem = 594 nm) dans les complexes a été trempé par C60 fractions (Fig. 2b). Ainsi, la fluorescence de Dox dans les deux complexes à une concentration équivalente de Dox de 3 M a semblé être éteinte de 50 %. L'extinction de fluorescence Dox observée est attribuée à la forte capacité d'acceptation d'électrons de C60 [3] et le transfert d'énergie intramoléculaire à l'état excité typique des complexes Dox non covalents [18, 36, 45], indiquant la proximité spatiale des composants.

Analyse de la distribution de la taille par diffusion dynamique de la lumière

La taille et la stabilité d'un médicament anticancéreux nanoparticulaire dépendent essentiellement de la composition du milieu de culture cellulaire, de la force ionique et de la concentration en protéines. Le diamètre hydrodynamique moyen de 1 μM C60 -Les complexes Dox 1:1 et 2:1 dans une solution saline physiologique (0,9% de NaCl) étaient respectivement de 135 ± 5 nm et 134 ± 6 nm, ce qui correspond aux données d'enquêtes précédentes [20]. Pour estimer la stabilité dans le milieu de culture cellulaire, 1-μM C60 -Les complexes Dox ont été incubés à 37°C pendant 72h dans du RPMI supplémenté avec 10 % de FBS. Le modèle de distribution de la taille des particules dans ce milieu (Fig. 3) est attribué à la teneur élevée en protéines ainsi qu'à son agrégation probable [46, 47].

Taille hydrodynamique (diamètre, nm) de 1 μM С60 -Complexes Dox en milieu de culture cellulaire RPMI additionné de 10% de FBS à 0 (a ) et 72h (b ) incubation. Intensité (%) pourcentage de toute l'intensité lumineuse diffusée

Les données de diffusion dynamique de la lumière sur 1 μM C60 -La distribution de diamètre hydrodynamique des nanocomplexes Dox 1:1 et 2:1 dans une culture cellulaire complétée par du FBS a montré que leur taille était de 138 ± 6 nm et 139 ± 5 nm lorsqu'elle était mesurée immédiatement (Fig. 3a) et 146 ± 4 nm et 144 ± 5 nm après 72 h d'incubation (Fig. 3b), respectivement.

La stabilité détectée du maximum (environ 140 nm) a indiqué qu'il n'y avait pas d'agrégation supplémentaire du C60 -Complexes Dox au cours d'une incubation prolongée dans un milieu de culture cellulaire supplémenté en FBS qui a confirmé leur adéquation pour les études in vitro.

Viabilité de la cellule

La viabilité des cellules leucémiques humaines de différentes lignées a été estimée par test MTT à 24, 48 et 72 h d'incubation en présence de C60 -Complexes Dox ainsi que de Dox libre séparément à des concentrations équivalentes. C60 seul à des concentrations équivalentes à celles des complexes n'a eu aucun effet sur la viabilité des cellules leucémiques (données non présentées).

La figure 4 présente une diminution de la viabilité des cellules leucémiques en fonction du temps et de la concentration sous traitement Dox. Il a été démontré que le médicament présentait une toxicité contre les cellules leucémiques dans la gamme nanomolaire. La sensibilité des cellules leucémiques au Dox s'est avérée suivre l'ordre Molt-16 ˃ THP1 ˃ Jurkat ˃ CCRF-CEM (moins sensible).

Viabilité des cellules leucémiques CCRF-CEM, Jurkat, THP1 et Molt16, traitées avec des doses égales de Dox libre ou C60 -Complexes Dox pour 24, 48 et 72 h (*p ≤ 0,05 par rapport au Dox gratuit, ***i>p ≤ 0,05 par rapport au C60 -Complexe Dox 1:1, n = 5)

Sous l'action de 100 nM de Dox, la viabilité des cellules CCRF-CEM a été diminuée à 84 ± 7, 50 ± 4 et 34 ± 7% par rapport au contrôle à 24, 48 et 72 h, respectivement. Le modèle comparable d'effet toxique Dox 100  nM a été trouvé dans les cellules Jurkat. La viabilité des cellules THP1 après traitement avec des cellules Dox 100 nM s'est avérée être de 50 ± 4, 47 ± 5 et 13 ± 4% à 24, 48 et 72 h, respectivement. Les concentrations de Dox inhibitrices semi-maximales (IC50) pour les cellules CCRF-CEM, THP1 et Jurkat à 72 h d'incubation ont été estimées à 80 ± 9, 43 ± 5 et 38 ± 6 nM, respectivement. Ces données correspondent aux données de la littérature [48, 49]. Les cellules Molt-16 semblaient être les plus sensibles au médicament puisque son effet toxique a été détecté dans la plage de 1 à 25 nM au cours de toutes les périodes d'incubation cellulaire. La viabilité des cellules Molt-16 traitées avec 5 nM Dox a été diminuée à 75 ± 4, 28 ± 4 et 18 ± 4% de celle du contrôle à 24, 48 et 72 h, respectivement, et la valeur de IC50 à 72 h était égal à seulement 2,0 nM. La sensibilité élevée similaire des cellules Molt-16 avec une induction de l'apoptose 10 fois plus intense par rapport aux cellules Jurkat sous traitement d'un alcaloïde à base de plantes a été précédemment rapportée par Cai et al. [50].

Des cellules traitées avec du Dox libre ont été utilisées comme contrôle pour évaluer la viabilité sous action de C60 -Complexes Dox aux doses équivalentes du médicament. La valeur de IC50 pour le Dox gratuit et C60 -Les complexes Dox ont été calculés pour chaque point dans le temps et chaque lignée cellulaire et sont répertoriés dans la figure 4.

Il a été montré que les deux C60 -Les complexes Dox possédaient un potentiel toxique plus élevé que le Dox libre contre les lignées cellulaires leucémiques humaines (Fig. 4).

En résumé, nos nombreuses expériences ont montré pour les quatre lignées cellulaires une variété de toxicités accrues jusqu'à 3,5 fois. C60 -Le complexe Dox 1:1 a montré une toxicité plus élevée par rapport au complexe 2:1. L'effet moins prononcé (diminution de la CI50 sur ≥  2,5 fois par rapport à celle du Dox libre) du complexe 2:1 peut être attribué à la concentration plus élevée de C60 comme son composant. En raison de son activité antioxydante [11, 13], excès de C60 peut protéger les cellules contre le stress oxydatif associé à Dox [27].

Accumulation intracellulaire de Free Dox et C60 -Complexes Dox

Pour étudier une corrélation potentielle de l'effet toxique accru de C60 -Complexes Dox avec une accumulation intracellulaire plus efficace de médicaments, l'absorption cellulaire de Dox libre et C60 -Dox a été étudié. Étant donné que Dox possède une forte absorption et une forte fluorescence dans la région spectrale visible [43, 45] (Fig. 2), le suivi des complexes Dox est possible avec des techniques de fluorescence directe non invasives. Les cellules CCRF-CEM ont été incubées en présence de 1 μM Dox ou C60 -Complexes Dox à une concentration équivalente au médicament, examinés par microscopie à fluorescence et soumis à une cytométrie en flux pour quantifier le niveau intracellulaire de médicament accumulé après un traitement de 1, 3 et 6 h (Fig. 5). L'intensité de fluorescence moyenne de chaque échantillon a été calculée à partir d'histogrammes logarithmiques FACS par la valeur du signal fluorescent rouge Dox respectif (λex = 488 nm, λem = 585/29 nm) et présenté dans le tableau 2. L'autofluorescence des cellules non traitées a été utilisée comme contrôle négatif (Fig. 5a).

Accumulation intracellulaire du 1 μM libre et du C60 Dox complexé. Cytométrie en flux (a ) et des images de microscopie à fluorescence (b ) de cellules CCRF-CEM incubées avec Dox et C60 -Dox au ratio 1:1 et 2:1 pour 1, 3 et 6 h. Barre d'échelle 20 μM

L'accumulation en fonction du temps de 1 M de Dox a été estimée par l'amélioration de l'intensité de fluorescence (Fig. 5, Tableau 2). Les images de microscopie à fluorescence illustrent que C60 -Les complexes Dox ont été internalisés plus rapidement que le médicament libre, comme en témoigne une fluorescence intracellulaire beaucoup plus lumineuse (Fig. 5b). Les intensités de fluorescence moyennes des cellules CCRF-CEM, traitées au 1:1 C60 -Le complexe Dox à une concentration équivalente de Dox de 1 M a augmenté de 1,5, 1,7 et 2,2 fois par rapport à la Dox libre à 1, 3 et 6  h, respectivement. 2:1 C60 -Le complexe Dox présentait une accumulation intracellulaire retardée du médicament atteignant le même niveau que le complexe 1:1 à 6 h (Fig. 5, Tableau 2).

Les données obtenues ont démontré que la complexation Dox avec C60 favorise l'entrée dans les cellules mais n'affecte pas sa localisation. La coloration témoin des cellules étudiées avec le colorant de liaison à l'ADN Hoechst 33342 a révélé sa colocalisation avec le signal Dox (données non présentées). Évidemment, les molécules Dox de C60 complexes et le médicament libre est entré dans les noyaux qui reflètent son impact antiprolifératif par des dommages à l'ADN [26,27,28]. Augmentation de l'absorption intracellulaire d'un médicament lors de la complexation avec le C60 indique que ce dernier fonctionne comme un promoteur de transport de drogue. C60 Il a été démontré que la nanostructure transmigre dans la membrane plasmique cellulaire en raison de la diffusion passive [51] et/ou de l'endocytose/pinocytose [52, 53], alors que des petites molécules telles que Dox ne peuvent pénétrer que par diffusion passive. Le C60 La structure ressemble à la structure de la clathrine [54, 55], le principal composant de l'enveloppe de la formation des vésicules au cours de l'endocytose. Par conséquent, C60 peut fonctionner comme un transporteur de petites molécules aromatiques [56]. Au contraire, une liaison covalente entre le transporteur et la cargaison introduit une altération structurelle dans la molécule de médicament. Par conséquent, le schéma d'accumulation et l'interaction avec les cibles intracellulaires sont modifiés, entraînant une perte complète ou partielle de la fonction du médicament. Liu et al. [15] a montré que C60 avec deux molécules Dox liées par une liaison amide était distribué principalement dans le cytoplasme.

Conclusion

Les propriétés physico-chimiques du C60 -Des complexes Dox avec un rapport 1:1 et 2:1 des composants ont été déterminés et leur toxicité contre les cellules leucémiques humaines CCRF-CEM, Jurkat, Molt-16 et THP1 a été estimée.

L'analyse HPLC-MS/MS a révélé des distinctions évidentes dans les chromatogrammes de Dox libre et ceux libérés à partir de C60 -Complexes Dox. Complexation de C60 avec Dox a été confirmé par l'effet hypochrome d'absorption et l'extinction de la fluorescence en C60 -Complexes Dox. Nous avons déterminé que la taille de C60 -Les complexes Dox autour de 140 nm ont été retenus en présence de protéine et une incubation prolongée dans le milieu. Des études sur des lignées cellulaires leucémiques humaines ont révélé que C60 -Les complexes Dox possédaient une cytotoxicité plus élevée par rapport au médicament libre à des concentrations équivalentes. À 72 h d'incubation des cellules, la valeur de la CI50 pour les complexes 1:1 et 2:1 a diminué de ≤ 3,5 et ≤ 2,5 fois, respectivement, par rapport à la CI50 pour le médicament libre. Complexation avec C60 favorisé l'entrée de Dox dans les cellules leucémiques. Un traitement des cellules CCRF-CEM pendant 6 h avec C60 -Les complexes Dox à une concentration équivalente à 1 M de Dox ont été suivis d'une augmentation de 2,2 fois du niveau intracellulaire du médicament par rapport au traitement avec du Dox libre.

Nos résultats confirment la fonction de C60 en tant que nanosupport et la perspective de son application pour l'optimisation de l'efficacité de Dox contre les cellules leucémiques. Comme Dox n'est qu'une substance représentative ou modèle pour de nombreux médicaments antitumoraux, nous nous attendons à ce que nos résultats puissent être transférés à d'autres médicaments. L'augmentation de l'absorption d'un médicament dans les cellules tumorales et/ou ses qualités antitumorales peut indiquer de nouvelles stratégies de traitement. La complexation des médicaments avec des nanosupports peut servir à réduire leurs débits de dose efficaces et ainsi atténuer les effets secondaires indésirables.

Historique des modifications

Abréviations

C60 :

C60 fullerène

DMSO :

Diméthylsulfoxyde

Dox :

Doxorubicine

ESI :

Ionisation électrospray

FBS :

Sérum fœtal bovin

HPLC-MS/MS :

Chromatographie liquide haute performance-spectrométrie de masse en tandem

IC50 :

Concentration inhibitrice demi-maximale

LOD :

Limite de détection

LQ :

Limite de quantification

MRM :

Surveillance de réactions multiples

MTT :

3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide

PBS :

Solution saline tamponnée au phosphate


Nanomatériaux

  1. Cellules solaires au graphène à haute efficacité
  2. Cibler les cellules endothéliales avec des nanoparticules GaN/Fe multifonctionnelles
  3. Cellules solaires à pérovskite inversée hautement efficaces avec couche de transport d'électrons CdSe QD/LiF
  4. Promotion de la croissance cellulaire SH-SY5Y par des nanoparticules d'or modifiées avec de la 6-mercaptopurine et un peptide pénétrant dans les neurones
  5. Haute performance des cellules solaires PEDOT:PSS/n-Si basées sur une surface texturée avec des électrodes AgNWs
  6. Fabrication d'une cellule solaire en silicium monocristallin efficace à 20,19 % avec microstructure en pyramide inversée
  7. Thermavant augmente son efficacité et sa rentabilité avec la mise en œuvre de l'ERP
  8. Améliorer l'efficacité énergétique avec les IHM
  9. Efficacité énergétique avec les variateurs de vitesse (Partie 2)