Les nanoparticules d'or sont principalement utilisées dans les applications diagnostiques, thérapeutiques et biomédicales. La présente étude a été conçue pour synthétiser des nanoparticules d'or à coiffes différentes (AuNps) par une procédure simple, en une étape, à la température ambiante et pour évaluer le potentiel de ces AuNps pour des applications biomédicales. Les AuNps sont coiffés de glucose, de 2-désoxy-D-glucose (2DG) et de citrate en utilisant différents agents réducteurs. Ceci est le premier rapport de synthèse de 2DG-AuNp par la méthode de la température ambiante simple. Les nanoparticules d’or synthétisées sont caractérisées par spectroscopie UV-visible, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), microscopie électronique à transmission (TEM) et diffraction électronique à zone sélectionnée (SAED), diffusion dynamique de la lumière (DLS) et spectroscopie par rayons X à dispersion d’énergie (SEM-EDS). Une étude de diffusion Raman renforcée en surface (SERS) de la synthèse AuNps montre une augmentation des signaux Raman jusqu'à 50 fois supérieure à l'aide de la 2DG. Le dosage du bromure de 3- (4,5-diméthylthiozol-2-yl) 2,5-diphényltétrazolium (MTT) a été effectué en utilisant les trois AuNps à capuchon différent dans différentes lignées cellulaires afin d'évaluer la cytotoxicité, le cas échéant, des nanoparticules. L'étude montre que le 2DG-AuNps est un meilleur candidat pour l'application théranostique. Les chiffres Citation: Suvarna S, Das U, KC S, Mishra S, M Sudarshan, Saha KD, et al. (2017) Synthèse d'une nouvelle nanoparticule d'or coiffée de glucose en tant que meilleur candidat théranostique. PLoS ONE 12 (6): e0178202. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202 Editeur: Yogendra Kumar Mishra, Institut des sciences des matériaux, ALLEMAGNE Reçu le 12 octobre 2016; Accepté: 9 mai 2017; Publié le: 5 juin 2017 Copyright: © 2017 Suvarna et al. Ceci est un article en accès libre distribué selon les termes de la licence Creative Commons Attribution , qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur tout support, moyennant mention de l'auteur et de la source d'origine. Disponibilité des données: Toutes les données pertinentes sont disponibles dans le manuscrit. Financement: Ce travail a été soutenu par F. No. 41-877 / 2012 / SR du 26-07-2012. Intérêts concurrents: Les auteurs ont déclaré qu’il n’existait aucun conflit d’intérêts. introduction Les applications de la nanotechnologie ont acquis une grande importance dans la recherche, en particulier dans les domaines de la médecine et de la biologie. Avec plusieurs traitements à base de nanoparticules d'or en cours d'essais cliniques, les nanoparticules d'or font maintenant l'objet d'un vaste effort de recherche international avec des études précliniques en cours [ 1 ]. La synthèse de structures à l'échelle nanométrique de métaux inertes tels que l'or présente un grand intérêt pour les chercheurs actuels, car l'or possède certaines propriétés physiques qui conviennent à plusieurs applications biomédicales. Ainsi, les nanoparticules d’or offrent des perspectives d’avenir significatives dans les domaines de l’imagerie diagnostique et de la thérapie, y compris des véhicules d’administration de médicaments multifonctionnels [ 2 - 8], Le nanocomposite Au-ZnO présente une amélioration significative des signaux Raman pour les molécules C 70 C 70 [ 9 ]. Différents protocoles standard et avancées récentes en matière de synthèse de nanocristaux contrôlée par la forme sont rapportés. Il est clair que des progrès significatifs ont été accomplis dans la synthèse de conception des nanocristaux, avec la forme, la cristallité et la composition souhaitées, en contrôlant le processus de nucléation et de croissance à l'aide de protocoles synthétiques spécifiques [ 10 ]. Des études ont également signalé les doses (concentrations) de Au-Nps nécessaires pour contrôler la croissance ou la décomposition du C 2 -C 12cellules de myoblastes. Les résultats obtenus démontrent clairement que les traitements aux nanoparticules ont diminué la croissance des cellules. Il a été déterminé que l'apoptose était stimulée par une augmentation de la concentration en nanoparticules et qu'une concentration significative en nanoparticules entraînait la mort cellulaire [ 11 ]. De plus, la réaction de remplacement galvanique avec HAuCl 4 dans un milieu organique a été mise en œuvre pour préparer des nanocages Au-Ag creux hydrophobes avec des résonances de Plasmon de surface localisées ajustables [ 12 ]. La supériorité de la pulvérisation de faisceaux d’atomes dans le mélange de faisceaux et l’implantation d’ions dans la synthèse de nanoparticules d’Au a également été démontrée. La possibilité d'utiliser AuSiO 2des nanocomposites en tant que biocapteur pour la détection des cellules cancéreuses de l'ovaire ont été explorés [ 13 ]. Les études ont également mis l'accent sur le caractère unique des nanoparticules d'or pour le traitement de maladies telles que le cancer, pouvant mettre la vie en danger [ 14 ]. Les rapports disponibles montrent le potentiel des nanoparticules d'or dans le domaine de la thérapie photodynamique en raison de leur capacité à produire de la chaleur pour tuer les tumeurs [ 15 ]. Les AuNPs sont considérés comme de bons agents photothermiques pour le traitement du cancer car ils montrent un chauffage local efficace lors de l'excitation des oscillations de plasmons de surface. La forte absorption, l'efficacité de la conversion thermique, la haute stabilité, la faible toxicité inhérente et la chimie de surface bien définie de l'AuNps contribuent à l'intérêt croissant suscité par leurs applications de thérapie photothermique (PTT) [16 ]. Récemment, les chercheurs ont également discuté des AuNps proches de l'infrarouge actif, qui incluent différentes formes de systèmes de nanoparticules, notamment en ce qui concerne la traduction clinique de AuNp [ 17 ]. La variété des formes a entraîné une nouvelle vague d'intérêt pour leurs propriétés optiques et offre donc des applications telles que l'imagerie et la détection spectroscopique du cancer [ 18 , 19 ] Les nanoparticules d'or en forme d'Urchin méritent une mention spéciale, car ce type d'AuNps pourrait trouver des applications en tant que matériaux pour Dispersion Raman améliorée en surface (SERS) [ 20]. Les supraparticules d’or ont des blocs de construction de nanoparticules en contact étroit qui génèrent des signaux SERS très intenses. Ils génèrent également plus efficacement de la chaleur plasmonique et détruisent plus de cellules cancéreuses que les éléments constitutifs des nanoparticules. Ces caractéristiques font des supraparticules proposées, alignées par cristallographie, des candidats prometteurs pour des applications en nanomédecine, telles que les diagnostics basés sur SERS et les théranostiques basés sur la plasmonique [ 21]. Des études ont également montré que l’application généralisée de nanostars en or pour l’identification ultrasensible de molécules reposant à la fois sur la résonance de Plasmon de surface localisée (LSPR) et la diffusion Raman renforcée de surface (SERS) est une exigence des capteurs plasmoniques, liée à des zones suffisamment grandes où les nanoparticules sont immobilisées uniformément densité, ainsi que la flexibilité mécanique, ce qui offre des avantages supplémentaires pour les applications du monde réel [ 22 ]. Cependant, bien que l'or soit biologiquement inerte et présente donc une toxicité bien inférieure à celle d'autres nanoparticules métalliques, il a un taux de clairance de la circulation relativement plus faible et peut donc avoir des effets délétères sérieux sur la santé [ 23]. Des études récentes ont montré que les AuNPs peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique, interagir avec l'ADN et même produire des effets génotoxiques [ 24 ]. Ainsi, les modifications de surface d'AuNps attirent de plus en plus l'attention dans les programmes de recherche actuels où la fixation d'un ligand et / ou le coiffage de l'AuNps pourraient aider à rendre les particules plus biocompatibles afin de cibler spécifiquement les cellules et tissus malades [ 25 , 26 ]. La synthèse d'AuNps de moindre toxicité est désormais l'un des principaux intérêts de la nanotechnologie pour son applicabilité en sciences biomédicales. Partant de cette perspective, le présent travail a été conçu pour formuler une synthèse d'une nouvelle nanoparticule en or coiffée de glucose, qui peut être considérée comme un meilleur candidat théranostique. L'analogue de glucose 2-désoxy-D-glucose (2DG), un inhibiteur de la production d'ATP glycolytique et du transport du glucose, est l'inhibiteur métabolique le plus largement rapporté pour cibler le métabolisme du glucose. De plus, la 2DG peut induire un stress oxydatif [ 27 ], inhiber la glycosylation liée à l'azote et induire l'apoptose via un stress du réticulum endoplasmique (ER) [ 28 ]. Il peut efficacement ralentir la croissance cellulaire et faciliter puissamment l'apoptose dans des cellules cancéreuses spécifiques. Bien que le 2DG ait lui-même un effet thérapeutique limité dans de nombreux types de cancers, il peut être associé à d'autres agents thérapeutiques ou à la radiothérapie [ 29 ] pour produire un effet anticancéreux synergique [ 30]. Certaines études antérieures décrivaient l'effet de Warburg et discutaient de la 2DG et de ses mécanismes sous-jacents en tant qu'application potentielle pour le traitement du cancer [ 31 ]. Des nanoparticules d'or marquées au 2-désoxy-Dglucose se sont révélées fournir des informations métaboliques et anatomiques à haute résolution de la tumeur dans un seul scanner [ 32 , 33 ]. L'importance de la tomodensitométrie (TDM) en tant qu'une des principales techniques de radiologie appliquée dans le domaine de l'imagerie biomédicale a intensifié le développement de nanoparticules en tant qu'agents de contraste pour la TDM de prochaine génération [ 34 - 37]. Des études ont montré que les nanoparticules d'or à coiffe de glucose ont été spécialement choisies pour cibler les cellules cancéreuses, car ces nanoparticules à coiffe montrent une absorption cellulaire plus rapide dans les cellules cancéreuses. De plus, un plus grand nombre de molécules de glucose sont internalisées via les récepteurs du transporteur de glucose (GLUT) présents à la surface des cellules cancéreuses [ 38 , 39 ]. Il est déjà établi que les cellules tumorales cérébrales ont une expression excessive de la protéine de transporteur du glucose (GLUT) [ 40]. Des nanoparticules de poly (éthylène glycol) -co-poly (triméthylène carbonate) modifiées (2-désoxy-Dglucose) (DGlu-Np) ont été développées en tant que système de délivrance de médicament à double cible potentielle pour améliorer la pénétration de la barrière hémato-encéphalique via Glut-mediated la transcytose et l'amélioration de l'accumulation de médicament dans le gliome via une endocytose à médiation par GLUT [ 41]. Notre présent article décrit la synthèse de nanoparticules d'or à coiffes différentes et leur caractérisation par différentes techniques. L'idée de développer des AuNps coiffés en 2DG est inspirée de la méthode classique au citrate et de la méthode au glucose plus vert pour la préparation de nanoparticules d'or. La motivation principale derrière les travaux a été de développer une nouvelle méthode simple de plafonnement de l'AuNps et de comparer les nanoparticules d'or réductrices de citrate et de glucose avec l'AuNps coiffées en 2DG afin de déterminer le candidat le plus potentiel parmi ces AuNps pour des applications biomédicales. L'évaluation de la biocompatibilité des nanoparticules a été réalisée à l'aide de lignées cellulaires HeLa, HepG2 et HCT 116. matériaux et méthodes Matériaux HAucl 4. 3H 2 O (≥ 99,9%, Sigma Aldrich, USA), β-D-glucose (≥ 99,9%, Sigma Aldrich, USA), 2désoxy-D-glucose (≥98% (GC), cristallin, Sigma Aldrich, USA)), l’hydroxyde de sodium (NaOH), (Merck Chemicals) sont utilisés dans la présente étude. Les lignées cellulaires HeLa (carcinome cervical), HCT 116 (carcinome colorectal humain) et Hep G2 (carcinome du foie humain) sont achetées auprès de NCCS, Pune, Inde et cultivées dans du milieu DMEM supplémenté avec 10% de sérum de veau fœtal et 1% d'antibiotique. (PSN) à 37 ° C dans une atmosphère humidifiée de moins de 5% de CO 2 . Après une confluence de 75–80%, les cellules récoltées avec 0,025% de trypsine et 0,52 mM d'EDTA dans une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) sont ensemencées à la densité requise pour leur permettre de se rééquilibrer un jour avant le début de l'expérience. Méthodologie Synthèse de Au-Nps. Synthèse des Gu-AuNPs: Les AuNPs plafonnés au glucose sont synthétisés par voie chimique en utilisant du HAuCl 4 et du β-D-Glucose comme décrit par des chercheurs précédents [ 42 ]. La solution aqueuse de 0,05 M de HAucl 4. 3 H 2 O est ajoutée à du β-D-glucose (0,03 M) et agitée pendant 30 minutes. Ensuite, de l'hydroxyde de sodium 0,5 M (NaoH) est ajouté pour achever la réduction du sel d'or. Cela a abouti à une solution de Glu-AuNps de couleur rouge. Le β-D-glucose a joué le rôle d'agent réducteur et coiffant dans la synthèse de AuNp. Synthèse de 2-désoxy-D-glucose-AuNps: La synthèse d'une nanoparticule d'or coiffée de 2-désoxy-Dglucose a été réalisée dans notre laboratoire pour la première fois par une réaction d'une demi-heure à température ambiante. La méthode brièvement décrite comme suit. Nous avons synthétisé des nanoparticules d'or coiffées de 2-désoxy-D-glucose par voie chimique en utilisant du HAuCl 4 et du 2désoxy-D-Glucose. La solution aqueuse de 0,05 M HAuCl 4. 3H 2O a été ajouté au 2-désoxy-Dglucose (0,04 M) et on a agité pendant 30 minutes. Ensuite, de l'hydroxyde de sodium 0,5 M (NaoH) est ajouté pour achever la réduction du sel d'or. Cela a abouti à une solution rouge vif de 2DGAuNps. Le 2-désoxy-D-glucose a joué le rôle d'agent réducteur et de coiffant dans la synthèse de AuNp, comme le montre la figure 1 . Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 1. Organigramme de 2DG AuNP. Organigramme de synthèse de la nanoparticule d'or 2DG à la température ambiante. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g001 Le plafonnement a été confirmé par analyse FTIR. L'équation chimique de la réaction est illustrée à la figure 2 . Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 2. Equation chimique. L'équation de la réaction de réduction pour la formation de nanoparticules d'Au. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g002 Synthèse de citrate-AuNPs: Des nanoparticules de citrate-d'or ont été synthétisées par voie chimique. Les techniques classiques de synthèse aqueuse de nanoparticules d'or impliquent la réduction de Au (III) Cl 3 avec du citrate de trisodium [ 43 ]. Techniques de caractérisation. Les nanoparticules d'or stabilisées avec du citrate, du glucose et du 2-désoxy-D-glucose sont caractérisées par spectroscopie d'absorption UV-Visible (Shimadzu UV-1800). La confirmation du plafonnement des NP a été effectuée par analyse FTIR (Shimadzu IR Prestige-21). La morphologie et les dimensions de l'AuNps sont étudiées par diffusion dynamique de la lumière (DLS; MalvernInstrument) et par microscopie électronique à transmission (TEM; JEOL 2010 HRTEM). Une analyse SEM-EDS (Carl Zeiss – IGMA – Oxford) est effectuée pour vérifier la présence de teneur en or dans AuNps. L’étude SERS a été réalisée à l’aide d’une configuration micro-Raman (RAM HR, Jobin Yvon.). Traitement des cellules HepG2, Hela et HCT 116 avec différents agents de coiffage de nanoparticules d'or. Différentes lignées cellulaires cancéreuses telles que HepG2, HeLa et HCT 116 sont traitées avec du Glucose-AuNp, du 2-désoxy-D-Glucose-AuNps et du Citrate-AuNps à des concentrations allant de 5 à 90 µM par ml de milieu de culture. Le temps d'incubation des cellules avec AuNps était de 72 heures. Au cours des expériences, des AuNps autoclavés sans aucune centrifugation ont été utilisés. Après 72 heures, le milieu avec AuNps a été jeté et les cellules ont été lavées trois fois avec du sérum physiologique tamponné au phosphate (PBS) pour éliminer les Glu-AuNps, 2DG-AuNps et Citrate-AuNps libres. Test MTT. Pour étudier la viabilité cellulaire, un test MTT a été effectué sur les trois différentes lignées cellulaires traitées avec les trois AuNps à capuchons différents, à savoir. Gu-AuNps, 2DG-AuNps et Citrate-AuNps. En bref, les cellules Hep G2, HeLa et HCT 116 sont ensemencées dans une plaque à 96 puits à une densité de 10 4 et 10 6 cellules par puits avant le traitement avec Glu-AuNps, 2DGAuNps et Citrate-AuNps à différentes concentrations de l'ordre de 5 µM , 10 μM, 20 μM, 30 μM, 50 μM, 70 μM et 90 μM. Les solutions Glu-AuNp, 2DG-AuNps et Citrate-AuNPs sont utilisées comme contrôle positif. 10 µl de réactif MTT (solution mère - 5 mg / ml dans du PBS) sont ajoutés dans chaque puits et incubés pendant 2,5 heures dans un incubateur (37 ° C, 5% de CO2) .et 95% d’humidité). Après avoir soigneusement retiré le milieu du puits, on ajoute 100 ul de DMSO à chaque puits, puis on mesure l'absorbance de Formazan à 595 nm à l'aide d'un lecteur de microplaques BIORAD iMark ™ . Le test MTT a été effectué en triple exemplaire, les barres d'erreur correspondent à une SEM (n = 8) pour l'analyse ANOVA unidirectionnelle au MTT et p <0,05 a été considéré comme le niveau de signification. résultats et discussion Spectroscopie UV-Visible de nanoparticules d'or La figure 3 représente le spectre d'absorption des trois AuNps à capuchons différents. Les pics d'absorbance élevés observés à 540 nm, 525 nm et 520 nm respectivement pour Glu-AuNps, 2DGAuNps et Citrate-AuNps montrent la présence de AuNps. Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 3. Spectre d'absorption UV-visible des AuNPs. Un spectre d'absorption UV-visible de la glucose-AuNPs montrant pic SPR à 540 nm; CitrateAuNps B présentant un pic de RPS à 520 nm; C 2DG-AuNps montrant le pic de RPS à 525 nm. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g003 Les maxima d'absorbance des trois AuNps respectifs sont confirmés par des rapports antérieurs [ 42 , 43 ]. Lors de la synthèse citrate-AuNp, le citrate agit à la fois comme agent réducteur (Au 3+ à Au 0 ) et comme agent coiffant. Dans le cas de la synthèse de Glu-AuNp, le glucose joue le rôle d'agent réducteur (Au 3+ à Au 0 ) ainsi que d'agent de coiffage en milieu aqueux alcalin par addition de NaOH. Le glucose est lié à la surface du nanogold par liaison hydrogène du groupe hydroxyle (-OH) et des changements similaires sont observés dans le cas du 2-désoxy-D-Glucose. Analyse FT-IR de nanoparticules d'or La caractérisation des particules par FT-IR montre l’interaction entre les nanoparticules d’or et les agents réducteurs ( Fig 4 ). Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 4. Analyse spectrale FTIR et SERS. Spectre FTIR de ( A) nanoparticules de glucose et de glucose-or; ( B) nanoparticules 2DG et 2DGor; C : spectres Raman SERS de 2DG-Au et spectres Raman de 2DG. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g004 Le spectre FT-IR montre un pic d'absorption élevé à 3303 cm -1 ( Fig 4A ), ce qui traduit la présence de β-D-glucose en tant que composant essentiel du Glu-AuNp. De plus, la bande d'absorption de l'étirement -OH subit un décalage de haute fréquence important observé à 3303 cm -1 suggérant une association intime entre le β-D-glucose et la surface des nanoparticules d'Au [ 42 ]. L'analyse FT-IR du 2-désoxy-D-Glucose-AuNp a montré un pic caractéristique à 3318 cm -1 attribué aux vibrations d'étirement du -OH, qui est attribué au -OH absorbé par des nanoparticules d'or ( figure 4B ). La présence de bandes caractéristiques dans 1600–1000 cm -1la région correspond à la vibration squelettique des molécules 2DG. La liaison hydrogène de type chélate apparaît sous la forme d’une large bande dégradée dans la région 3500–3200 cm -1 . Les bandes intensives observées dans la région 2-désoxy-D-glucose-AuNp dans la région 1394–1018 cm -1 correspondent à la vibration de déformation du groupe hydroxyle. Des pics bien définis dans la région des empreintes digitales entre 1000 et 1600 cm -1 confirment l'adsorption de la molécule 2DG sur la surface de l'or car ces pics correspondent à la 2DG telle qu'établie par les premiers chercheurs [ 44 ]. Analyse TEM de nanoparticules d'or La taille et la forme des nanoparticules d'or utilisant différents agents de coiffage, telles qu'observées par TEM, sont illustrées à la figure 5 . Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 5. Analyse TEM des AuNPs. 5A, 5C Image TEM à fort grossissement de nanoparticules d'or coiffées de glucose montrant la mesure de la FFT à l'aide du logiciel Image-J; Schéma SAED 5B de nanoparticules d'or coiffées de glucose; 5D, 5F Image TEM à fort grossissement de nanoparticules dorées au citrate montrant la mesure de la FFT à l'aide du logiciel Image J; 5E modèle SAED de nanoparticules citrate-or; 5 G, 5I montre l'image TEM à fort grossissement de nanoparticules d'or coiffées par 2-désoxy-DGlucose; motif 5 H SAED de nanoparticules d'or coiffées par 2DG. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g005 L'analyse TEM montre une forme triangulaire des nanoparticules d'or coiffées de glucose ( figures 5A et 5C ) avec une distribution granulométrique étroite située dans la plage allant de 19,05 ± 1,13 nm et sigma = 0,15. En outre, quelques nanoparticules d'or sphériques sont également apparues dans l'image. Le motif ED de ces nanoparticules d’or correspondait bien aux plans cristallins de l’or structuré cubique à faces centrées (fcc) ( figure 5B ), ce qui suggère la nature cristalline de ces nanoparticules Au. De plus, les multiples franges du réseau avec un espacement interplanaire de 2,36 A 0compatible avec la distance interplanaire du plan (111) peut être clairement observé en utilisant TEM haute résolution qui confirme également la nature cristalline des nanoparticules de GluAu. Contrairement à la forme triangulaire des particules dans Glu-AuNps, les nanoparticules d'or coiffées de citrate présentent une forme sphérique ( Fig 5D et 5F ), la majorité des particules ayant une taille similaire de 14,87 nm (sigma = 0,15) et un espacement interplanaire de 2,36. A 0 . L'image TEM de nanoparticules d'or coiffées de citrate indique une monodispersité relativement élevée des nanoparticules d'Au formées dans le système par rapport à Glu-AuNps, ce qui confirme les rapports antérieurs [ 45]. Les figures 5G à 5I représentent les images TEM du 2DG-AuNps où le motif ED de ces nanoparticules est présenté enFig 5H . Il est intéressant de noter que les 2DG-AuNps montrent la forme d'oursin des nanoparticules d'or sous TEM d'un diamètre de 21,51 nm, telle qu'observée par une analyse de la taille des particules utilisant DLS. La valeur du potentiel zêta de 2DG-AuNp est de -19,1 mv et est stable pendant 8 mois. La distribution de la taille des particules dans les trois AuNPs à capuchon différent est illustrée à la figure 6 , Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 6. Diagramme de mesure de la distribution de la taille des AuNPs. Courbe de mesure de la distribution de taille de ( A) nanoparticules de glucose et d'or; ( B) nanoparticules de citrate et d'or; C Mesure dynamique de la diffusion de la lumière de l’or revêtu de 2DG de taille 21,51 nm. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g006 La courbe en histogramme de la figure 6A représente la distribution en taille de Glu-AuNp, la distribution en taille des citrate-Au-nanoparticules est présentée en figure 6B et 6C représente la distribution en taille de 2DG-AuNp, Présence en or dans les nanoparticules AuNps et 2DG-AuNps) est confirmée par analyse SEM-EDS ( Fig 7 ). Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 7. Spectre SEM-EDS de nanoparticules d'or coiffées de glucose et de nanoparticules d'or coiffées de 2DG. Analyse SEM-EDS de ( A) nanoparticules d'or coiffées par un glucose; ( B)nanoparticules d'or coiffées en 2DG; https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g007 Analyse SERS de nanoparticules d'or La diffusion / spectroscopie Raman améliorée de surface (SERS), une méthode spectroscopique vibrationnelle fournissant des informations sur la position moléculaire, a suscité un grand intérêt en tant que technique sensible de détection et d'imagerie chimiques et bioanalytiques [ 46 - 48 ]. Des nanoparticules de formes différentes envisageaient que ces particules puissent être utilisées pour catalyser de nombreuses autres réactions, assemblées pour former des structures de super-réseau et servir d'excellents substrats de SERS [ 49 ]. Lorsque les molécules sont adsorbées sur des surfaces métalliques présentant une rugosité à l'échelle nanométrique ou sur des nanoparticules métalliques, une augmentation de l'intensité de la diffusion Raman est observée [ 50 , 51] En utilisant cela, il existe une pléthore de travaux qui ont été effectués pour démontrer les effets SERS de différentes molécules, en particulier avec des nanoparticules de formes différentes [ 52 , 53 ]. Les propriétés des nanoparticules d'or dépendent de leur taille, de leur forme et de leur cristallité [ 54 ]. Les nanoparticules d'or sont utilisées depuis des décennies comme substrats efficaces de spectroscopie Raman à surface améliorée (SERS) [ 55 ]. Notre étude actuelle montre une bonne propriété SERS du 2DG-AuNp avec une augmentation de 50 fois des signaux Raman ( Fig 3C ). Le pic à 1032 cm 1 correspond à CH en flexion plane et le signal Raman à 1163 cm -1peut apparaître en raison de la flexion de CH hors de l'avion comme signal fort. Notre observation s’appuie sur le rapport précédent [ 56 ]. À 967 cm- 1 , le signal Raman moyen observé est probablement dû à la liaison COC, tandis que le pic à 1116 cm- 1 peut être associé à l'orientation des groupes CO. Des rapports de chercheurs antérieurs ont également montré des bandes à ˜ 1263 cm -1attribuées à des modes complexes de groupes CH 2 OH [ 57 ]. Il est bien connu que, contrairement aux nanomatériaux semi-conducteurs ou isolants, les propriétés optiques des nanoparticules métalliques dépendent principalement de la taille et de la forme des particules lorsque plus de sensibilité à la forme et moins à la taille sont observées [ 58]. Récemment, il a été montré que le facteur d'amélioration SERS généré à partir des nanoparticules d'or augmente avec la taille des nanoparticules [ 59 ]. Cependant, le mécanisme exact de SERS n'est toujours pas clairement compris. Plusieurs groupes ont travaillé pour expliquer l'origine du SERS, et actuellement, le champ électromagnétique amplifié (EM) à la surface du substrat métallique est considéré comme la principale source d'amélioration [ 60 ]. Des études récentes ont montré que les films métalliques recouvrant des surfaces de nanosphères constituaient d'excellents candidats pour des expériences impossibles auparavant avec des substrats SERS plus primitifs [ 61]. De plus, les nanostars colloïdales présentaient le facteur d'amélioration SERS le plus élevé, tandis que les nanosphères possédaient l'activité SERS la plus faible sous différentes excitations [ 62 ]. Les nanostars en or plasmoniques offrent une nouvelle plate-forme pour la diffusion Raman à surface améliorée (SERS). Cependant, dans des conditions de présence de surfactant organique sur les nanoparticules, la caractérisation SERS et l’application de nanostar en solution constituent un défi dans le domaine des bioapplications SERS [ 63 ]. Il est intéressant de noter que les études FT-SERS ont montré que les particules d’or ramifiées avaient une activité SERS plus forte par rapport aux particules nanobranchées, ce qui les rendait très attractives dans les applications SERS [ 64]. Ces dernières années, des développements et applications de nanosenseurs et de nanoréporteurs à diffusion Raman à surface améliorée (SERS) dans la surveillance biochimique, le diagnostic médical et le traitement ont été rapportés [ 65 ]. Étant donné que les nanoparticules d’or qui présentent de fortes propriétés SERS sont considérées comme utilisées pour le développement de biocapteurs et de biocatalyseurs, les nanoparticules d’or en forme d’oursins (2DG-AuNps) synthétisées par notre groupe peuvent être considérées comme plus puissantes pour les applications biomédicales en raison de leur accordabilité SPR propriétés et une excellente capacité d'amélioration SERS. Il a été démontré précédemment que de telles nanoparticules formées sont de meilleurs candidats pour des applications dans les théranostiques basés sur l'imagerie optique [ 66 ]. Effet des nanoparticules sur la viabilité cellulaire L'analyse comparative des données du test MTT indique que les trois AuNps à capuchon différent confèrent des effets différentiels sur la survie des trois types de lignées cellulaires ( figures 8A, 8B et 8C ). Télécharger: PPT Diapositive PowerPoint PNG image plus grande TIFF image originale Fig 8. Graphique de viabilité cellulaire et graphique de dendrogramme. A Viabilité des cellules HeLa, des cellules HepG2 et des cellules HCT 116 traitées avec des nanoparticules de 2-désoxy-D-glucose-or; B Viabilité de la lignée cellulaire HeLa; Lignée cellulaire HepG2 et cellules HCT116 traitées avec des nanoparticules d'or coiffées de glucose; C Viabilité des cellules HeLa, HepG2 et HCT 116 traitées avec des nanoparticules de citrate et d'or. Écart type affiché sous forme de barre d'erreur, p <0,05. D : Le dendrogramme montre que les lignées cellulaires sont alignées et groupées en fonction des similarités d'expression de leur cytotoxicité à l'aide d'une technique d'analyse en grappes hiérarchique. 1 représente 2DG-AuNp-Hela, 2: 2DG-AuNp-HepG2, 3: 2DG-AuNp-HCT116, 4: Glu-AuNp-Hela, 5: Glu-AuNp-HepG2,6: Glu-AuNp-HCT116,7: Citr-AuNpHela, 8: Citr-AuNp-HepG2, 9: Citr-AuNp-HCT116. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178202.g008 2DG-AuNp montre une mort cellulaire négligeable dans les cellules HCT 116 sans changement significatif de l'état physiologique des cellules, et manifeste une survie ≥ 80 ± 0,70% dans toute la concentration allant de 5 à 90 µM ( Fig 8A ). Les résultats montrent que ces nanoparticules sont efficacement absorbées par les cellules et ne possèdent aucune cytotoxicité. De manière similaire, GluAuNps n'a également conféré aucune toxicité aux cellules HCT 116 et une viabilité cellulaire de 73 ± 0,84% a été observée dans le cas de cellules traitées avec 90 μM ( figure 8B ). Cependant, dans le cas de cellules HCT 116 traitées avec du citrate –AuNps, une baisse drastique de la survie cellulaire a été observée dans des cellules traitées avec des concentrations plus élevées (50, 70, 90 µM) de particules ( Fig 8C).). Les données actuelles indiquant qu'une concentration plus élevée de nanoparticules d'or coiffées de citrate sont toxiques pour les cellules HCT 116 sont en parfaite harmonie avec les conclusions de certains chercheurs antérieurs qui avaient fait état d'observations similaires et postulaient qu'une telle toxicité pourrait être associée à la nature acide du citrate. agent de coiffage des nanoparticules concernées [ 67 ]. La toxicité conférée par le citrate –AuNp peut également être due à la forme sphérique des particules supportant certaines études antérieures rapportant une toxicité plus élevée des nanosphères d’or par rapport à celle des nanostars d’or [ 68]. Fait intéressant, les résultats actuels reflètent le potentiel de deux des nanoparticules synthétisées pour stimuler la croissance cellulaire. Cependant, il a été observé que cette stimulation de la croissance cellulaire ne se limitait pas à un type de cellule particulier mais dépendait également du coiffage et de la forme des nanoparticules. Des concentrations de 5 à 50 µM de Glu-AuNps et de 2DG-AuNps ont été observées pour améliorer la survie dans les cellules Hela. Contrairement à 90 μM Glu-AuNps montrant 87 ± 0,84% de viabilité des cellules Hela ( figure 8B ), la même concentration de 2DG-AuNps a révélé une augmentation de la survie cellulaire ( figure 8A ). Des chercheurs antérieurs ont rapporté une réponse proliférative de cellules Hela induite par le 2DG-AuNp [ 69]. Citrate –AuNps n'a montré aucune stimulation dans les cellules Hela mais a maintenu une viabilité ≥ 80 ± 0,84% des cellules traitées dans le même intervalle de concentration ( figure 8C ). Les cellules HepG2 ont présenté une stimulation similaire de la croissance cellulaire lorsqu'elles ont été traitées avec 5 µM des trois types d'AuNps. Fig 8Dmontre le dendrogramme de capacité de survie de toutes les lignées cellulaires traitées avec les nanoparticules d'or coiffées différemment. L'analyse de classification hiérarchique révèle un degré élevé de similitude entre les cellules Hela traitées avec 2DG-AuNp et Glu-AuNp. Alors que dans le cas de HCT116, les AuNps glucose coiffés de manière différentielle forment également un cluster (avec une similarité> 80,69), une similarité maximale est observée entre 2DG –Au Np et citrateAuNps. En revanche, le citrate-AuNp-HCT116 présentant une cytotoxicité est séparé des grappes. Ainsi, les résultats de la présente enquête montrent que parmi les trois types d’AuNps, alors que les Glu-AuNps et les 2DG-AuNps ne possèdent aucune cytotoxicité, le 2DG-AuNp est le plus efficace pour maintenir la survie dans les trois types de cellules cancéreuses, notamment les cellules Hela. Le 2-désoxy-D-glucose a déjà été rapporté comme étant efficace pour cibler les cellules tumorales [70 ], qui pourrait être un candidat idéal pour le couplage à des nanoparticules Au et à des applications biomédicales, en particulier pour cibler les cellules cancéreuses dépendantes du glucose épargnant les tissus normaux et délivrant le médicament couplé au site d'intérêt [ 71 , 72 ]. Notre étude présente la possibilité que des nanoparticules d'or coiffées de 2-désoxy-D-glucose soient un meilleur candidat pour une application théranostique. Remerciements Les auteurs remercient le professeur PV Satyam pour l’utilisation des installations HRTEM de l’Institute of Physics de Bhubaneswar, en Inde. Les auteurs reconnaissent également l’utilisation des installations du centre Microtron de l’Université de Mangalore. Contributions d'auteur 1. Conceptualisation: SS YN AC. 2. Conservation des données: SS UD, SKC, MS, AC, YN. 3. Analyse formelle: SS, UD, SKC SM, AC YN. 4. Acquisition de financement: YN. 5. Enquête: SS UD SKC SM MS AC. 6. Méthodologie: SS AC YN. 7. Administration du projet: SS AC YN. 8. Ressources: YN AC MS SD KDS. 9. Logiciel: SS YN AC. 10. Supervision: YN AC KDS SD. 11. Validation: SS AC YN. 12. Visualisation: SS UD SM AC YN. 13. Rédaction - projet original: SS AC YN. 14. Rédaction - révision et édition: SS SKC AC YN. Références 1. 1.Nicol JR, Dixon D, Coulter JA. La fonctionnalisation de surface des nanoparticules d'or: une nécessité dans le développement de nouvelles nanothérapeutiques. 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