Nanoparticules hybrides magnétiques à coquille d'or fonctionnalisées Her2 : imagerie bimodale US/MR et photothermie ciblée pour le cancer du sein

Résumé

La détection et le traitement précoces et précis du cancer exigent des plateformes théranostiques intégrées. Nous rapportons ici des nanoparticules hybrides magnétiques à coquille d'or fonctionnalisées Her2 (Her2-GPH NPs) qui combinent l'imagerie par ultrasons (US) et par résonance magnétique (RM) avec la thérapie photothermique (PTT) proche infrarouge (NIR) pour le cancer du sein. Les nanoparticules consistent en un cœur PLGA encapsulant du perfluorooctylbromure (PFOB) et des nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétiques (SPIOs), revêtues d'une coquille d'or et conjuguées à des anticorps anti-Her2. Les essais de liaison cellulaire confirment une capture médiée par récepteur dans les cellules SKBR3 Her2-positives (taux de liaison 86 ± 3,7 % vs 2,3 ± 0,4 % dans les cellules MDA-MBC-231 Her2-négatives, P < 0,001). In vitro, les particules fournissent un contraste US élevé (gamme dynamique jusqu'à 2 mg mL^‑1) et une RM pondérée T₂ (relaxivité r₂ = 441,47 mM^‑1 s^‑1), surpassant les agents commerciaux. L'irradiation NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) élève la température locale d'environ 18 °C à 0,2 mg mL^‑1 et tue sélectivement les cellules SKBR3 (réduction de viabilité 62 ± 4,6 %, P < 0,001). Ces résultats démontrent les Her2-GPH NPs comme un outil théranostique prometteur pour l'imagerie et la thérapie non invasives du cancer du sein.

Introduction

Le cancer du sein reste la principale cause de mortalité par cancer chez les femmes dans le monde [1]. Un diagnostic précoce et précis est crucial pour réduire les décès [2]. Les modalités d'imagerie conventionnelles, incluant US et IRM, offrent des forces complémentaires : l'US fournit une imagerie en temps réel, sûre, rentable avec une sensibilité accrue via agents de contraste, mais souffre d'une résolution spatiale limitée ; l'IRM fournit un contraste supérieur des tissus mous et un détail anatomique, mais avec des temps d'acquisition plus longs et une sensibilité plus faible. La combinaison US et IRM pourrait surmonter ces limitations et permettre une évaluation multimodale précise des lésions du sein [10].

La théranostique — intégrant diagnostic et thérapie dans une seule plateforme — promet un traitement personnalisé. La thérapie photothermique (PTT) utilisant des lasers NIR et des photoabsorbeurs offre une ablation tumorale minimalement invasive et contrôlable [11-12]. Les coquilles d'or présentent une forte résonance de plasmon de surface dans la fenêtre NIR, permettant une conversion de chaleur efficace tout en étant biocompatibles [21]. Pourtant, de nombreuses nanoplates-formes manquent de ligands de ciblage spécifiques, limitant leur capture cellulaire et leur efficacité thérapeutique.

Her2 est surexprimé dans ~25–30 % des cancers du sein et corrèle avec une maladie agressive et un pronostic défavorable [28-29]. La conjugaison d'anticorps anti-Her2 peut améliorer la sélectivité tumorale et la capture. Nous avons donc conçu des nanoparticules hybrides magnétiques à coquille d'or fonctionnalisées Her2 pour permettre l'imagerie bimodale et la PTT ciblée du cancer du sein Her2-positif.

Matériaux et méthodes

PLGA (PM 24–38 kDa, 50:50 lactide:glycolide), PFOB, SPIOs et précurseurs d'or ont été obtenus de Sigma-Aldrich, Shanghai So-Fe Biomedicine et Aladdin Chemistry. Les anticorps anti-Her2 (marqués FITC) provenaient d'Abcam. La synthèse impliquait une étape d'émulsion huile-dans-eau-évaporation de solvant pour encapsuler PFOB/SPIOs dans PLGA, suivie d'une fonctionnalisation de surface avec du chlorhydrate de polyallylamine (PAH) pour permettre l'attache de nanoparticules d'or stabilisées par citrate (5 nm). La nucléation d'or a été induite par réduction à l'hydroxylamine, formant une coquille qui s'étendait à ~30 nm. Les particules finales ont été PEGylées (SH-PEG-COOH) et activées avec EDC/NHS pour conjuguer les anticorps anti-Her2, produisant les Her2-GPH NPs.

La caractérisation incluait MEB-FEG et MET pour la morphologie, DLS pour la taille hydrodynamique et le potentiel zêta, spectroscopie UV-Vis pour les propriétés optiques, ICP-AES pour la composition élémentaire, et relaxométrie pour la relaxivité T₂.

Les études in vitro utilisaient les lignées cellulaires de cancer du sein SKBR3 (Her2-positif) et MDA-MBC-231 (Her2-négatif). La cytotoxicité était évaluée par tests CCK-8. Le ciblage était évalué par microscopie confocale à balayage laser (CLSM) et cytométrie de flux. L'imagerie par ultrasons utilisait un système Mylab Twice (transducteur LA522) en modes 2D niveaux de gris et CEUS ; l'imagerie RM employait un scanner 0,5 T avec séquences spin-écho. L'efficacité PTT était testée par irradiation laser NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) suivie de coloration vive/morte et tests de viabilité CCK-8.

Résultats et discussion

Caractérisation des nanoparticules – La structure cœur-coquille affichait une morphologie sphérique uniforme avec un diamètre moyen de 248 nm et une polydispersité de 0,037. Après revêtement d'or, la taille augmentait à 282 nm (PDI 0,18) et le potentiel zêta passait à −31 mV, indiquant une bonne stabilité colloïdale. L'EDS confirmait la présence de C, O, Fe, Br et Au, tandis que l'ICP-AES quantifiait l'Au (67,7 % pds) et le Fe (2,1 % pds). Les spectres UV-Vis montraient une large absorption NIR (600–900 nm) après croissance de la coquille, essentielle pour une conversion photothermique efficace.

Performance photothermique – Sous irradiation 808 nm, une solution Her2-GPH à 0,2 mg mL^‑1 augmentait de 18,5 °C après 10 min, comparé à 1,2 °C pour l'eau. Le spectre d'absorption restait inchangé post-irradiation, confirmant la stabilité photothermique.

Cytotoxicité – Les Her2-GPH NPs exhibaient une toxicité intrinsèque négligeable dans les deux lignées cellulaires (≥90 % viabilité jusqu'à 200 µg mL^‑1), démontrant la biocompatibilité.

Efficacité du ciblage – Le CLSM montrait une fluorescence verte brillante sur les membranes SKBR3 avec Her2-GPH, absente dans les cellules MDA-MBC-231. La cytométrie de flux révélait un taux de liaison de 86 % vers SKBR3 versus 2,3 % vers MDA-MBC-231 ; le pré-blocage avec anticorps libre réduisait la liaison à 3,2 %. Ces résultats confirment un ciblage spécifique médié par récepteur.

Imagerie par ultrasons – In vitro, les solutions Her2-GPH produisaient de forts signaux CEUS, avec une augmentation d'intensité 2,5 fois à 2 mg mL^‑1 comparé à 0,1 mg mL^‑1. Les courbes temps-intensité montraient une rétention du signal jusqu'à 5 min. Dans les phantoms cellulaires, les cellules SKBR3 traitées avec Her2-GPH affichaient des valeurs de niveaux de gris significativement plus élevées que les témoins, indiquant une imagerie moléculaire améliorée.

Imagerie RM – La relaxivité T₂ des Her2-GPH était de 441,47 mM^‑1 s^‑1, >2× celle de Feridex (152 mM^‑1 s^‑1). En imagerie cellulaire, les SKBR3 traités avec Her2-GPH montraient une chute de signal de 48 % par rapport aux témoins ; les MDA-MBC-231 restaient inchangés, confirmant l'amélioration de contraste sélective.

PTT ciblée – La coloration Calcein-AM/PI et les tests CCK-8 révélaient que seulement Her2-GPH + NIR réduisait significativement la viabilité SKBR3 (réduction 62 %), tandis que GPH + NIR ou Her2-GPH seul avaient des effets minimes. L'augmentation de la concentration en nanoparticules abaissait davantage la viabilité (<20 % à 200 µg mL^‑1 avec NIR). Les expériences de co-culture imitant une expression Her2 hétérogène montraient une mort cellulaire proportionnelle à la proportion de SKBR3.

Conclusions

Nous avons conçu des nanoparticules hybrides magnétiques à coquille d'or fonctionnalisées Her2 qui intègrent l'imagerie bimodale US/RM avec la thérapie photothermique NIR ciblée. La plateforme démontre un ciblage à haute spécificité, un contraste robuste dans les deux modalités, et une ablation efficace des cellules tumorales in vitro. Ces résultats posent les bases pour de futures études in vivo et une potentielle traduction clinique d'un système théranostique de précision pour le cancer du sein.

Disponibilité des données et matériaux

Tous les jeux de données générés et analysés sont inclus dans cet article.

Abréviations

Au NPs

Nanoparticules d'or

CCK-8

Kit de comptage cellulaire-8

DAPI

4′,6-Diamidino-2-phénylindole

DI

Déionisé

DLS

Diffusion laser dynamique

DMEM

Milieu modifié de Dulbecco Eagle

EDC

Éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl) carbodiimide

EDS

Spectroscopie X à dispersion d'énergie

FCM

Cytométrie de flux

FE-SEM

Microscopie électronique à balayage à émission de champ

FITC

Isothiocyanate de fluorescéine

GPH NPs

Nanoparticules hybrides magnétiques à coquille d'or

Her2

Récepteur 2 du facteur de croissance épidermique humain

ICP-AES

Spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif

LSCM

Microscopie confocale à balayage laser

MRI

Imagerie par résonance magnétique

NIR

Proche infrarouge

PAH

Chlorhydrate de polyallylamine

PFOB

Perfluorooctylbromure

PLGA

Acide poly lactique-co-glycolique

PTT

Thérapie photothermique

PVA

Alcool polyvinylique

SPIOs

Nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétiques

TIC

Courbe temps-intensité

UCA

Agent de contraste par ultrasons

US

Imagerie par ultrasons