Graphène oxyde réduit par micro-ondes, revêtu de chitosane, pour administration ciblée d'adriamycine et thérapie améliorée du cancer du sein

Résumé

Pour atteindre une meilleure efficacité antitumorale, il est urgent d'améliorer l'efficacité d'administration des médicaments anticancéreux en ciblant les cellules cancéreuses. Dans ce travail, des nanosheets de graphène oxyde fonctionnalisés au chitosane (ChrGO) ont été fabriqués par réduction assistée par micro-ondes, utilisés comme nanosystème d'administration intracellulaire pour agent anticancéreux dans cellules cancéreuses du sein. Les études de chargement et libération de médicament indiquent que l'adriamycine peut être efficacement chargée sur et libérée des nanosheets ChrGO. Moins de libération de médicament pendant l'administration et meilleure biocompatibilité du ChrGO/adriamycine améliorent significativement sa sécurité et son efficacité thérapeutique dans les cellules BT-474 surexprimant HER2. De plus, le ChrGO/adriamycine en combinaison avec le trastuzumab a présenté une activité antitumorale synergique dans les cellules BT-474, démontrant une efficacité thérapeutique supérieure comparée à chaque médicament seul. Les cellules traitées avec trastuzumab (5 µg/mL) ou ChrGO/adriamycine équivalent (5 µg/mL) ont chacune induit 54,5 % et 59,5 % de mort cellulaire, tandis que le traitement combiné trastuzumab et ChrGO/adriamycine a entraîné une spectaculaire mort cellulaire de 88,5 %. La thérapie biciée a affiché une apoptose plus élevée, indiquant une efficacité thérapeutique supérieure due à la présence de différents mécanismes d'action. Le traitement combiné ChrGO/adriamycine et trastuzumab dans cellules BT-474 a induit arrêt du cycle cellulaire et apoptose, menant finalement à la mort de cellules cancéreuses augmentées. Ce travail a fourni une fabrication aisée assistée par micro-ondes de ChrGO comme nanosystème d'administration intracellulaire de médicament ciblé et contrôlé, qui devrait être une thérapie novatrice prometteuse pour traiter les cellules cancéreuses du sein surexprimant HER2.

Introduction

Le récepteur HER2 est un membre de la famille des récepteurs EGFR qui médie la croissance et la différenciation des cellules cancéreuses et est fortement surexprimé dans 20–30 % des cancers du sein humains, menant à un phénotype tumoral métastatique et un pronostic défavorable. HER2 est aussi surexprimé dans environ 20 % des cancers gastriques humains. Le trastuzumab, anticorps monoclonal thérapeutique humanisé, démontre des avantages thérapeutiques prometteurs comme thérapie de première ligne chez patientes cancer sein surexprimant HER2. Cependant, le taux de réponse global au trastuzumab reste modeste : 15–30 % en monothérapie et 50–75 % en traitement combiné avec chimiothérapie. Parmi les patientes répondant au trastuzumab, une majorité progresse éventuellement après réponse initiale et acquiert une résistance au fil du temps après traitement continu. Il est donc essentiel et nécessaire de développer des thérapies novatrices additionnelles pour patientes surexprimant HER2 afin d'améliorer les taux de survie globaux.

Les anthracyclines restent la colonne vertébrale du traitement du cancer. Pour les agents anthracyclines, l'inhibiteur de topoisomérase II adriamycine a été largement utilisé pour traiter de nombreux cancers, tels que sein, poumon et cancers lymphoïdes. L'adriamycine a une efficacité efficace dans le traitement des patientes cancer sein surexprimant HER2, en raison de la proximité entre le gène HER2 et le gène topoisomérase II. Malgré le bénéfice clinique observé avec thérapies basées anthracyclines dans cancer sein, la dysfonction cardiaque a restreint des applications thérapeutiques plus expansives. Dans l'essai clinique, trastuzumab en combinaison avec adriamycine a démontré une efficacité significative, tandis que la cardiotoxicité hautement dose-dépendante était un problème à résoudre. La libération soutenue d'agents chimiothérapeutiques au tissu de la cible cancéreuse est reconnue comme bonne solution pour réduire les doses requises pour l'efficacité thérapeutique et améliorer les profils de sécurité. Pour atteindre une meilleure efficacité antitumorale mais moins d'effets secondaires, il y a un besoin urgent d'améliorer l'efficacité d'administration des médicaments anticancéreux en ciblant les cellules cancéreuses.

Les nanomatériaux à base de graphène oxyde (GO) ont affiché un grand potentiel dans l'administration contrôlée d'agents chimiothérapeutiques. De nombreuses études ont démontré que la toxicité du GO est associée à sa fonctionnalisation de surface. Récemment, des agents respectueux de l'environnement, comme le chitosane et le PEG, ont été rapportés pour fonctionnaliser le GO avec des groupes fonctionnels de surface moins toxiques. La stabilité colloïdale des nanoparticules dans les milieux biologiques est cruciale pour le développement de systèmes d'administration de médicaments efficaces et sûrs pour usage clinique. Les nanosheets GO fonctionnalisés ont gagné une grande attention dans les applications biomédicales grâce à leurs propriétés comme biocompatibilité et stabilité. Comme excellent candidat pour biomatériau à base de graphène, la stabilité colloïdale du GO ou rGO est importante pour contrôler la performance des vecteurs de médicaments. Le GO fonctionnalisé poly(éthylène glycol) a présenté une propriété colloïdale améliorée dans milieux culture cellulaire. P. Khanra a rapporté une méthode novatrice pour réduction simultanée et bio-fonctionnalisation GO en utilisant cellules levure comme biocatalyseur réducteur. Avinav G a présenté une biosynthèse one-pot de GO en utilisant extrait de levure pendant processus autoclave. Le traitement par sonication de feuilles GO micrométriques pendant des heures a résulté en nanosheets GO, montrant stabilité colloïdale plus élevée comparé GO micrométrique régulier. Bien que les études précédentes aient démontré le haut potentiel du GO pour biomatériaux, les nanosheets GO bio-fonctionnalisés au chitosane par réduction assistée par micro-ondes utilisant extrait de levure sans cellules n'ont pas été étudiés jusqu'à présent. Dans ce but, une nouvelle structure de graphène oxyde fonctionnalisé chitosane (ChrGO) a été construite par un système de synthèse micro-ondes facile utilisant extrait de levure comme réducteur. De plus, la fonctionnalisation efficace du GO avec chitosane biocompatible fournit une plateforme potentielle pour chargement et administration efficaces de médicaments. Les études de chargement et libération de médicament ont démontré que l'adriamycine était efficacement chargée sur et libérée des nanosheets ChrGO. Les composites ChrGO/adriamycine ont montré une activité antitumorale significative de manière concentration-dépendante. Particulièrement, le traitement combinatoire ChrGO/adriamycine et trastuzumab a résulté en un effet d'inhibition de croissance accru dans cellules BT-474 comparé à la monothérapie. L'efficacité antitumorale synergique de ces agents a été révélée médiée par arrêt du cycle cellulaire et apoptose, menant finalement à la mort des cellules cancéreuses. Ce travail rapporte une voie prometteuse pour la production rapide et rentable de composites ChrGO, administrant agents chimiothérapeutiques de manière contrôlée spatio-temporellement pour traitement efficace du cancer (Schéma 1).

Matériaux et méthodes

Matériaux

Poudre de graphite obtenue de Qingdao Huatai Tech (Qingdao, Chine). Chitosane et adriamycine achetés Aladdin Co., Ltd. (Shanghai, Chine). Trastuzumab acheté Hoffmann-La Roche Ltd (Bâle, Suisse). RPMI-1640, DMEM et sérum bovin fœtal (FBS) achetés Invitrogen Corporation (Camarillo, USA). Filtres centrifuges Amicon® Ultra achetés Merck Millipore. Kit essai prolifération cellulaire CellTiter 96® aqueous one solution et kit système essai Caspase-Glo® 3/7 obtenus Promega Corporation (Madison, USA). Levure boulangère sèche obtenue AB/Mauri Co., Ltd. Lignées cellulaires BT-474 et Cos-7 obtenues Banque de cellules Académie chinoise des sciences (Shanghai, Chine). Milieu Luria-Bertani acheté Sangon Biotech Co., Ltd. Tous produits chimiques grade analytique disponibles commercialement sans purification supplémentaire.

Réduction assistée par micro-ondes du GO fonctionnalisé chitosane

L'oxyde de graphite (GO) préparé à partir de paillettes de graphite natif par méthode Hummer modifiée. Pour obtenir monocouche GO nano-dimensionné, GO exfolié par sonde ultrasonique (Scientz, Chine) 800 W pendant 8 h. Finalement, GO exfolié dispersé dans eau déionisée pour usage ultérieur. Les nanosheets de chitosane-GO partiellement réduits (ChrGO) synthétisés par réduction assistée par micro-ondes du GO avec solution aqueuse chitosane utilisant système synthèse micro-ondes. Extrait de levure sans cellules utilisé pour biosynthèse ChrGO via réduction assistée micro-ondes. D'abord, cellules levure stockées activées par inoculation milieu Luria-Bertani agitation 135 tr/min 18 h à 25 °C. Cellules levure activées transférées solution saccharose 2 % agitation 135 tr/min 6 h supplémentaires à 25 °C. Ensuite, 6 mL extrait levure sans cellules obtenu par séparation centrifuge 2000 tr/min 5 min. Puis, 50 mg chitosane dissous dans 25 mL solution acide acétique 2 % (v/v) et mélangé avec extrait levure. Solution GO 5 mg ajoutée sous agitation magnétique vigoureuse. Finalement, solution préparée transférée équipement synthèse micro-ondes NOVA-2S (PreeKem Scientific Instruments, Chine) pour réaction micro-ondes. Schéma chauffage système micro-ondes : chauffe 80 °C 5 min, maintient température 5 min supplémentaires. ChrGO obtenu purifié filtre 100 kDa MWCO (Millipore, USA) et lyophilisé pour usage ultérieur.

Caractérisations

Images microscopie électronique à transmission (TEM) GO nano-dimensionné obtenues microscope JEM-2100 tension accélération 200 kV (JEOL, Japon). Spectres ultraviolet-visible (UV-Vis) obtenus spectrophotomètre UV/Vis/NIR Lambda 950 (Perkin-Elmer, USA). Spectres transformée de Fourier infrarouge (FTIR) collectés spectromètre Vertex 70 FTIR balayage 4000–400 cm⁻¹ échantillons pastilles KBr (Bruker, Allemagne). Spectres Raman enregistrés microscope Raman Senterra R200-L excitation 532 nm (Bruker Optics, Allemagne). Diagrammes diffraction rayons X (XRD) examinés diffractomètre Bruker D8 Advance (Bruker, Allemagne). Éléments surface enregistrés spectroscopie photoélectronique X (XPS) Kratos AXIS Ultra DLD radiation Al Ka monochromatique (1486,6 eV) (Shimadzu, Japon). Analyse thermogravimétrique (TGA) conduite PerkinElmer Pyris 1 TGA taux chauffe 5 °C/min 30–800 °C atmosphère azote (PerkinElmer, USA). Charge surface composites mesurée Malvern Zeta Nano ZS-90 (Malvern, UK).

Chargement et libération du médicament

4 mg nanoparticules ChrGO suspendues dans 20 mL solution aqueuse adriamycine (0,4 mg/mL). Après sonication 0,5 h, agitation effectuée obscurité 24 h, évitant lumière. Adriamycine non chargée éliminée par centrifugation filtration filtres 50 kDa MWCO Amicon (Millipore, USA) lavée tampon phosphate salin (PBS, pH 8,0) jusqu'à surnageant incolore. Concentration adriamycine déterminée courbe standard concentration adriamycine par spectrométrie UV-Vis à 490 nm lecteur microplaques SpectraMax® M5 (Molecular Devices, USA). Quantité adriamycine chargée sur ChrGO déterminée absorbance UV-Vis mesurant concentration perte adriamycine surnageant filtre centrifuge Amicon® Ultra-15 mL.

Caractéristiques libération adriamycine ChrGO étudiées. ChrGO chargé adriamycine submergé 10 mL solution tampon PBS. À intervalles spécifiés, 2 mL solution adriamycine libérée détachée ChrGO collectée centrifugation filtration filtres 50 kDa MWCO Amicon (Millipore, USA). Volume solution ChrGO/adriamycine maintenu constant ajoutant 2 mL PBS frais après chaque prélèvement. Quantité adriamycine libérée ChrGO mesurée absorbance UV-Vis 490 nm lecteur microplaques SpectraMax® M5 (Molecular Devices, USA). Études libération investiguées différentes solutions pH (valeurs pH 5 et 7,4).

Analyse biocompatibilité et essai efficacité thérapeutique

Cellules BT-474 et Cos-7 maintenues RPMI-1640 supplémenté 10 % FBS ou DMEM supplémenté 10 % FBS respectivement, cultivées atmosphère humidifiée 5 % CO₂ à 37 °C. Essai biocompatibilité GO et ChrGO réalisé BT-474 ou Cos-7 par essai cytotoxicité cellulaire. Cellules semées plaques 96 puits fond plat densité 3 × 10⁴ cellules/puits préincubées 18 h avant traitement GO et ChrGO. Dilutions agents testés ajoutées cellules incubées 24 h supplémentaires. Viabilité cellules déterminée CellTiter 96® aqueous one solution. Absorbance mesurée 490 nm lecteur microplaques SpectraMax® M5 (Molecular Devices, USA).

Efficacité complexes ChrGO/adriamycine seuls ou traitement combiné trastuzumab sur prolifération cellules BT-474 investiguée essai inhibition prolifération. Cellules BT-474 semées plaques 96 puits fond plat densité 1 × 10⁴ cellules/puits incubées 24 h. Puis complexes ChrGO/adriamycine seuls ou traitement combiné trastuzumab introduits cellules BT-474 milieu culture. Après incubation 96 h, cellules viables déterminées CellTiter 96® aqueous one solution. Absorbance mesurée lecteur SpectraMax® M5 490 nm (Molecular Devices, USA). Données analysées ANOVA à un facteur. p < 0,05 considéré significatif statistiquement.

Analyse cycle cellulaire et essai apoptose

Pour analyse cycle cellulaire, cellules BT-474 semées plaques 6 puits densité 5 × 10⁵ cellules/puits adhérées 16 h. Cellules traitées complexes ChrGO/adriamycine seuls ou combinés trastuzumab 24 h. Cellules BT-474 récoltées fixées éthanol 70 % (v/v) 4 °C 24 h. Cellules fixées colorées solution iodure propidium (15 µg/mL) contenant ribonucléase A (10 µg/mL) 25 °C 1 h. Puis cellules analysées cytomètre flux (BD Biosciences, USA). Pour essai apoptose, cellules BT-474 semées plaques 96 puits parois blanches densité 2 × 10⁴ cellules/puits adhérées 18 h. Cellules traitées complexes ChrGO/adriamycine, trastuzumab seul ou traitement combiné 24 h. Puis milieu culture jeté, 100 µL réactif Caspase-Glo® 3/7 ajouté chaque puits incubé RT 2 h. Luminescence mesurée lecteur microplaques SpectraMax® M5 (Molecular Devices, USA). Résultats analysés ANOVA à un facteur. p < 0,05 considéré significatif. Toutes études effectuées conformément directives et réglementations pertinentes.

Résultats et discussion

Synthèse et caractérisation

Morphologie nanosheets GO synthétisés caractérisée microscopie électronique à transmission (TEM). Fig. 1a révèle distribution taille uniforme nanosheets GO sous 100 nm, taille moyenne ~45 nm. Haute densité électronique GO meilleur contraste comparé chitosane, à peine visible dû faible densité électronique et nature hydratée. Dû surface spécifique plus grande, nanosheets GO ou rGO nano-dimensionnés largement utilisés vecteurs médicaments. Diagramme diffraction électronique zone sélectionnée (SAED) Fig. 1c anneaux concentriques, démontrant nature polycristalline correspondant GO.

Pour stabiliser nanosheets GO solution physiologique, nanosheets GO fonctionnalisés chitosane préparés réduction assistée micro-ondes système micro-ondes. GO-chitosane réduit (ChrGO) résultant analysé spectrométrie UV-Vis. Fig. 2a spectres UV-Vis GO et ChrGO. GO pic absorption net 230 nm et épaule 300 nm, attribués transition π–π* liaisons C=C aromatiques et transition n–π* liaisons C=O respectivement. Après greffage chitosane sur GO, pic 230 nm décalé vers rouge 270 nm ChrGO, épaule 300 nm disparue évidemment, attribué restauration partielle conjugaison électronique atomes carbone aromatiques. Solution noire ChrGO synthétisé Fig. 2b indiquant formation graphène oxyde partiellement réduit (p-rGO). Nanosheets GO et ChrGO bien dispersés eau déionisée. Stabilité colloïdale GO ou dérivés GO solution aqueuse très importante applications biomédicales. Résultats suggèrent chitosane conjugué GO après réduction.

Spectroscopie FTIR réalisée caractériser structure GO, chitosane, ChrGO (Fig. 3a). Pics caractéristiques GO situés 3440 cm⁻¹ et 1376 cm⁻¹, correspondant liaisons O-H et C-OH. Pic 1072 cm⁻¹ attribué vibration étirement C-N-C. Remarquablement, pics molécules chitosane 2912 cm⁻¹ et 2848 cm⁻¹ attribués vibrations étirement CH₃– et –CH₂–. p-rGO fonctionnalisé chitosane résulta nouvelles liaisons, nouveaux pics spectres ChrGO. Diminution significative intensités bande C=O 1636 cm⁻¹ ChrGO comparé GO, suggérant processus réduction éliminé groupes oxygène-contenant GO. Spectre FTIR ChrGO confirma conjugation réussie chitosane sur GO. De plus, spectroscopie Raman utilisée caractériser propriétés électroniques et structure graphène. Bande G attribuée phonons E_2g domaines carbone sp², bande D attribuée vibration domaines atomes carbone sp³ et atomes carbone désordonnés. Intensité bande D indique caractéristiques désordres et défauts feuilles carbone. Réduction nanosheets GO aussi analysée ratio signal bande D vs G. Spectre Raman représentatif GO montre deux pics caractéristiques bande D (1341 cm⁻¹) et bande G (1591 cm⁻¹) Fig. 3b. Changement intensité relative valeur I_D/I_G illustre changement état conjugaison électronique GO processus réduction. Décalage bande D affiche fonctionnalisation réussie GO réduit. Valeur I_D/I_G augmente 0,99 (GO) à 1,12 (ChrGO), attribué introduction défauts sp3 après fonctionnalisation et récupération incomplète structure caractéristique graphène. Observation bon accord rapport précédent suggère formation graphène fonctionnalisé chitosane.

Composition surface ChrGO confirmée XPS. Balayage complet spectre XPS ChrGO montre trois pics 284, 399, 533 eV attribués C1s, N1s, O1s (Fig. 4a). Analyse élémentaire relative affiche augmentation niveaux oxygène azote ChrGO, diminution associée carbone comparé GO. Spectres haute-résolution C1s ChrGO Fig. 4b montrent quatre pics séparés, correspondant C-C ou C=C (sp², 284,7 eV), C-O (époxy/hydroxyles, 286,4 eV), C=O (sp³, 288,2 eV), O=C-O (carboxylates, 289,1 eV). Apparition pic amide ChrGO 증거 fonctionnalisation chitosane sur GO. Groupes fonctionnels hydrophiles abondants surface rendirent ChrGO hautement soluble solution aqueuse, cohérent résultats FTIR. Biomolécules comme acides aminés réducteurs et acide alpha-linolénique dans extrait levure peuvent avoir rôle significatif fabrication micro-ondes assistée ChrGO.

Diagramme diffraction rayons X (XRD) GO et ChrGO présenté Fig. 5a. Spectres XRD GO, pic majeur 11,0° et pic faible 20,7° présentent structure graphite. Pic diffraction caractéristique 11,0° correspondant plan (001) GO, montrant synthèse réussie GO. Petite bosse entre 20° et 24° montre moitiés graphitiques, attribué graphite pur non oxydé. Avec fonctionnalisation chitosane, pic (001) GO disparaît, pic diffraction large 21,4° devient proéminent. Ce décalage attribuable réduction GO, où réduction fait rGO s'empiler plus serré que GO. Réflexion (002) échantillon ChrGO très large, suggérant échantillon très mal ordonné direction empilement, attribuable réduction incomplète GO. Comportements décomposition GO, chitosane, ChrGO étudiés analyse gravimétrique thermique (TGA). Courbes TGA ChrGO, GO, chitosane Fig. 5b, mesurées atmosphère azote. GO commencé perte poids sous 100 °C, attribué élimination eau libre adsorbée structure empilée. GO perdu 42 % poids gamme 191–231 °C, lié décomposition groupes oxygène-contenant labiles. Taux perte poids ChrGO 100–250 °C significativement inférieur GO, ChrGO montre patron décomposition différent comparé GO. Élimination thermique ChrGO et chitosane pur eut lieu 250–440 °C, lié dépolymerisation et pyrolyse groupes fonctionnels plus stables, unités glycosidiques chitosane et groupes carboxyle. Comparé GO, ChrGO thermiquement stable perte poids majeure 36 % premier stade décomposition 250–440 °C, alors que peu perte poids affichée GO. Perte poids significative région haute température 450–800 °C due dégradation thermique squelette carbone, attribuable résidus chitosane et biomolécules extrait levure comme acides aminés.

Charge surface GO et ChrGO mesurée Malvern Zeta Nano ZS-90, paramètre important stabilité colloïdale. Densité charge surface plus élevée nanosheets GO crée dispersion colloïdale plus stable. Fichier additionnel 1: Fig. S1, potentiel zêta GO diminué monotone -10,7 mV pH 3 à -35,5 mV pH 11, confirmant charge négative surface nanosheets GO. Valeur potentiel zêta ChrGO comparativement inférieure potentiel GO à tout pH 3–11. Nanosheets ChrGO stabilité toute gamme pH, tandis colloïdes GO réduits rapportés moins stables eau déionisée dû empilement π–π accru surfaces désoxygénées. Bien que certains groupes amine libres présents surface chitosane, potentiel zêta plus élevé ChrGO non atteint. Valeur potentiel zêta plus faible ChrGO attribuable molécules acides aminés négatives abondantes extrait levure, stabilité colloïdale accrue solution physiologique. Surface chargée négativement ChrGO les rend potentiellement applicables chargement et administration médicament.

Biocompatibilité ChrGO synthétisé

Biocompatibilité ChrGO synthétisé importante pour applications administration médicament. Cytotoxicité cellulaire ChrGO et GO investiguée essai cytotoxicité. Cellules Cos-7 et BT-474 incubées présence ChrGO ou GO 24 h. Résultats cytotoxicité cellulaire Fig. 6. Conclu ChrGO pas cytotoxicité cellulaire évidente Cos-7 et BT-474. Même concentration 100 µg/mL, viabilité cellule >90 %. Cependant GO cytotoxicité cellulaire significative manière dose-dépendante, seulement 73,0 ± 0,5 % et 71,0 ± 0,5 % survie cellulaire Cos-7 et BT-474 concentration 100 µg/mL. Résultats démontrèrent chitosane fonctionnalisé surface GO faible cytotoxicité grandement améliora biocompatibilité. Fonctionnalisation surface GO macromolécules rapportée atténuer remarquablement effets cytotoxiques. Hu et al. rapporté sérum bovin fœtal milieu cellulaire diminuait markedly cytotoxicité GO cellules cancer poumon non-petites cellules A549.

Chargement et libération du médicament

Application biomédicale potentielle ChrGO vecteur médicament mesurée comportement chargement libération médicament. Caractéristiques structurelles dérivés graphène hautement efficaces administration médicaments aromatiques dû très grande surface spécifique. Adriamycine un des chimiothérapeutiques tumeurs primaires contre variété hémopathies malignes et tumeurs solides, fréquemment utilisée médicament modèle évaluer systèmes administration médicament dérivés graphène. Capacité chargement adriamycine sur nanosheets ChrGO vérifiée pic absorbance UV-Vis caractéristique adriamycine 490 nm. Comme prévu, efficacité maximale chargement adriamycine liée nanosheets ChrGO aussi haute 169,8 %, partiellement attribuée grande surface nanosheets ChrGO. Nanocomposites ChrGO/adriamycine chargés adriamycine facilement dispersés tampon physiologique, solution transparente couleur légèrement rougeâtre.

Pour explorer profil libération adriamycine complexes ChrGO/adriamycine, différentes valeurs pH PBS introduites imiter environnements cellules tumorales. Fichier additionnel 1: Fig. S2 profils libération cumulée adriamycine ChrGO/adriamycine pH 5 et 7,4. Adriamycine libérée ChrGO/adriamycine caractérisée libération rapide initiale puis stade libération plus lente pH 5,0 PBS. Libération cumulée adriamycine 6,5 % premières 3 h puis augmentation lente 26,7 % 96 h pH 5,0. Par contraste, pourcentage adriamycine ChrGO/adriamycine augmentait plus lentement plus bas pH 7,4, pourcentage libération adriamycine 2,5 % premières 3 h à 7,4 % 96 h. Études précédentes montré profils libération médicaments GO fonctionnalisé très lents milieu pH 7,4. Protonation groupes carboxyle ChrGO diminue empilement π–π, liaisons H, interactions électrostatiques entre adriamycine ChrGO, facilitant libération adriamycine milieu acétique. Sensibilité pH donne ChrGO/adriamycine potentiel administration médicament site-spécifique, augmentant cytotoxicité cellules tumorales.

Efficacité thérapeutique complexes ChrGO/Adriamycine

Efficacité thérapeutique complexes ChrGO/adriamycine dans cellules cancer sein BT-474 surexprimant HER2 investiguée essai inhibition prolifération. Surexpression récepteur HER2 rôle clé transformation cellules cancer sein BT-474. Traitement trastuzumab seul, anticorps monoclonal anti-HER2, résulte inhibition croissance significative cellules BT-474. Fig. 7a, après traitement complexes ChrGO/adriamycine, viabilité cellules BT-474 diminuée significativement, effet toxique dose-dépendant. De plus, comparé adriamycine libre, complexes ChrGO/adriamycine performance moins efficace tuer cellules BT-474, attribué diffusion graduelle adriamycine chargée plutôt que traitement direct adriamycine libre. Cependant, efficacité thérapeutique complexes ChrGO/adriamycine proche adriamycine libre concentration complexes ChrGO/adriamycine augmentait, expliqué par libération soutenue adriamycine vecteur ChrGO.

Pour étudier si trastuzumab, anticorps monoclonal anti-HER2, pouvait améliorer activité antitumorale quantités équivalentes adriamycine chargée ChrGO, cellules BT-474 traitées trastuzumab seul ou combinaison ChrGO/adriamycine. Traitement trastuzumab seul inhibition significative prolifération BT-474, cohérent rapport précédent. Thérapie combinée trastuzumab et ChrGO/adriamycine résulta effet inhibition croissance cellulaire accru, réduction 88,5 % comparé réduction 54,5 % trastuzumab seul (5 µg/mL) et 59,5 % ChrGO/adriamycine équivalent seul (5 µg/mL) vs contrôle négatif (Fig. 7b). Résultats suggèrent système ChrGO peut être efficacement utilisé développer composites thérapies combinées, traitement combiné ChrGO/adriamycine et trastuzumab résulta réduction modeste mais significative viabilité cellulaire comparé chaque médicament seul.

Analyse cycle cellulaire et apoptose

Pour déterminer si complexes ChrGO/adriamycine effets progression cycle cellulaire, essai cycle cellulaire complexes ChrGO/adriamycine seuls ou traitement combiné trastuzumab réalisé cellules BT474. Fig. 8a, analyse cytométrie flux révéla trastuzumab seul augmenta population cellulaire phase G0/G1. Traitement ChrGO/adriamycine seul médiat réduction significative nombre cellules G0/G1 et accumulation phase S et G2/M comparé cellules contrôle. De plus, ChrGO/adriamycine combiné trastuzumab médiat arrêt phase S, accompagné diminution significative nombre cellules phase G0/G1. Tandis ChrGO/adriamycine plus actif phase S cycle cellulaire, traitement ChrGO/adriamycine avec trastuzumab peut causer augmentation phase G0/G1 comparé ChrGO/adriamycine seul. Rapport précédent montra trastuzumab peut causer arrêt phase G1. Adriamycine inhibe prolifération cellulaire et réplication ADN, menant finalement arrêt cycle cellulaire.

Pour évaluer effets ChrGO/adriamycine molécules apoptotiques, cellules BT-474 traitées 48 h soit ChrGO/adriamycine, trastuzumab, ou traitement combinatoire les deux agents. Pour visualisation apoptose, activité caspase 3/7 utilisée extensivement marqueur apoptose-spécifique dû activité liée processus apoptose. Fig. 8b, comparé contrôle négatif, traitement ChrGO/adriamycine (5 µg/mL) seul augmenta significativement activité caspase 3/7. Cependant, trastuzumab (5 µg/mL) seul n'augmenta pas significativement expression caspase 3/7, suggérant trastuzumab n'induit pas apoptose. En contraste, traitement ChrGO/adriamycine (5 µg/mL) plus trastuzumab (5 µg/mL) augmenta significativement activité caspase 3/7 comparé chaque médicament seul. Thérapie biciée montra apoptose plus élevée, indiquant efficacité thérapeutique supérieure due présence différents mécanismes d'action. Similaire autres études, adriamycine amplifie réponse apoptotique cellules cancéreuses surexprimant HER2. En conclusion, ChrGO/adriamycine combiné trastuzumab induit arrêt cycle cellulaire et apoptose, résultant finalement mort cellulaire augmentée.

Conclusions

Dans ce travail, nanosheets graphène oxyde fonctionnalisés chitosane structurés réduction assistée micro-ondes, démontrant biocompatibilité et bonne stabilité dispersion. Nanocomposites préparés montrèrent haute efficacité encapsulation et administration médicament. Nanosheets ChrGO/adriamycine affichèrent inhibition croissance significative BT-474 manière dose-dépendante. Traitement combiné ChrGO/adriamycine et trastuzumab résulta efficacité thérapeutique supérieure cellules BT-474 comparé chaque agent seul. Résultats favorables développement nanovecteurs intracellulaires administrer médicaments manière contrôlée, attendu améliorer effet thérapeutique thérapies cancer surexprimant HER2.

Disponibilité des données et matériaux

Jeux de données soutenant conclusions cette étude disponibles auteurs correspondants sur demande raisonnable.

Abréviations

ChrGO :

Graphène oxyde fonctionnalisé chitosane (Chitosan-functionalized graphene oxide)

EGFR :

Récepteur facteur croissance épidermique (Epidermal growth factor receptor)

HER2 :

Récepteur facteur croissance épidermique humain-2 (Human epidermal growth factor receptor-2)

GO :

Graphène oxyde (Graphene oxide)

DMEM :

Milieu Eagle modifié Dulbecco (Dulbecco's modified Eagle medium)

FBS :

Sérum bovin fœtal (Fetal bovine serum)

TEM :

Microscopie électronique à transmission (Transmission electron microscopy)

UV–Vis :

Ultraviolet-visible

FTIR :

Transformée de Fourier infrarouge (Fourier transform infrared)

XRD :

Diffraction rayons X (X-ray diffraction)

XPS :

Spectroscopie photoélectronique X (X-ray photoelectron spectroscopy)

TGA :

Analyse thermogravimétrique (Thermogravimetric analysis)

PBS :

Tampon phosphate salin (Phosphate-buffered saline)

SAED :

Diffraction électronique zone sélectionnée (Selected-area electron diffraction)

TGA :

Analyse gravimétrique (Gravimetric analysis)