Synthèse de nanoparticules d'or et applications biomédicales

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
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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 Au-
SiO 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-D-
glucose 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-D-
glucose) (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), 2-
désoxy-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-D-
glucose 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 2-
désoxy-D-Glucose. La solution aqueuse de 0,05 M HAuCl 4. 3H 2O a été ajouté au 2-désoxy-D-
glucose (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 2DG-
AuNps. 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 .
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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 .
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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; Malvern-
Instrument) 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