Synthèse et caractérisation des nanoparticules d'argent de pyrogallol et des nanocomposites de pyrogallol et leurs effets sur la toxicité induite par les radiations dans les cellules HEK293

Contexte académique

Le cancer est une maladie complexe et répandue dans le monde entier, causant près de 10 millions de décès chaque année. Le diagnostic précoce et le traitement efficace sont essentiels pour améliorer le taux de survie des patients. Actuellement, les méthodes de traitement du cancer incluent la chirurgie, la chimiothérapie, la radiothérapie et l’immunothérapie. Parmi celles-ci, la radiothérapie (radiation therapy) est une composante importante du traitement du cancer, particulièrement adaptée aux patients en phase postopératoire, car elle réduit significativement le risque de récidive tumorale locale. Cependant, la radiothérapie présente également des défis, tels que la possibilité de développer une résistance aux radiations dans les cellules cancéreuses et la toxicité induite par les radiations (radiation-induced toxicity) sur les cellules normales environnantes. Cette toxicité peut non seulement affecter l’efficacité du traitement, mais aussi causer des dommages à long terme sur la santé des patients.

Ces dernières années, les progrès de la nanotechnologie (nanotechnology) ont ouvert de nouvelles perspectives pour le traitement du cancer. Les nanoparticules (nanoparticles) et les nanocomposites (nanocomposites) ont attiré une attention considérable en raison de leurs propriétés uniques dans les applications biomédicales. Leur rapport surface/volume élevé permet d’améliorer la biodisponibilité et la ciblage des médicaments. En particulier, les nanomatériaux basés sur des extraits végétaux (comme le pyrogallol) sont considérés comme prometteurs pour réduire la toxicité induite par les radiations, grâce à leurs propriétés antioxydantes, anti-inflammatoires et antimicrobiennes.

Source de l’étude

Cette étude a été réalisée par une équipe de chercheurs de plusieurs institutions, dont la Sastra Deemed University en Inde et la Konkuk University en Corée. L’article a été accepté le 27 mars 2025 et publié dans la revue Bionanoscience. L’équipe de recherche comprend des auteurs tels qu’Abirami R, Roshini Ramamurthy, Sreemadhi Parvathikandhan, entre autres, et l’étude a été financée par le Département des sciences et technologies de l’Inde.

Processus de l’étude

1. Synthèse des nanoparticules d’argent-pyrogallol (Pyrogallol Silver Nanoparticles, PyNP)

L’étude a d’abord synthétisé des nanoparticules d’argent-pyrogallol en deux étapes. Les étapes spécifiques sont les suivantes : - Mélange d’une solution de pyrogallol 1 mM avec une solution de nitrate d’argent 1 mM. Le changement de couleur de la solution indique la formation des nanoparticules. - Lyophilisation des nanoparticules générées, et observation du processus de réaction par spectrophotométrie UV-visible (UV-Vis spectrophotometer).

2. Synthèse des nanoparticules de chitosan (Chitosan Nanoparticles)

La synthèse des nanoparticules de chitosan s’est déroulée comme suit : - Dissolution du chitosan dans une solution d’acide acétique à 2 %, ajout d’un agent réticulant, le tripolyphosphate de sodium (STPP), suivi d’une agitation, d’une centrifugation et d’un séchage.

3. Synthèse du nanocomposite pyrogallol-chitosan (Pyrogallol Nanocomposite, PyNC)

Mélange des nanoparticules de chitosan synthétisées avec des nanoparticules de pyrogallol, ajout de glutaraldéhyde (glutaraldehyde) comme agent réticulant, agitation, puis repos pendant 24 heures. Les dépôts sont ensuite collectés et séchés.

4. Caractérisation des nanomatériaux

L’étude a utilisé plusieurs techniques pour caractériser les nanomatériaux synthétisés : - Microscopie électronique à balayage (SEM) : Observation de la morphologie et de la taille des nanoparticules. - Diffusion dynamique de la lumière (DLS) : Mesure de la distribution de la taille des nanoparticules. - Analyse du potentiel Zeta : Évaluation de la charge de surface et de la stabilité des nanoparticules. - Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) : Analyse des liaisons chimiques et des groupes fonctionnels des nanomatériaux.

5. Expériences cellulaires

L’étude a utilisé des cellules rénales embryonnaires humaines (HEK293) pour les expériences, divisées en six groupes : groupe témoin, groupe irradié, groupe irradié + PyNP, groupe irradié + PyNC, groupe PyNP seul et groupe PyNC seul. Le processus expérimental comprend : - Culture cellulaire : Culture des cellules à 37°C avec 5 % de CO₂, en utilisant un milieu DMEM. - Traitement par irradiation : Exposition des cellules à 10 Gy de rayons X à l’aide d’un accélérateur linéaire (Linac). - Test de viabilité cellulaire : Utilisation de la méthode MTT pour mesurer la viabilité cellulaire et calculer le taux de survie cellulaire. - Extraction d’ARN et analyse par qPCR : Extraction de l’ARN total des cellules, suivi d’une analyse par PCR quantitative en temps réel (RT-qPCR) pour mesurer l’expression des gènes pertinents.

Résultats principaux

1. Caractérisation des nanomatériaux

• Analyse SEM : Les nanoparticules de pyrogallol sont sphériques, avec une taille moyenne de 0,36 μm ; dans le nanocomposite, les nanoparticules de pyrogallol sont étroitement liées aux nanoparticules de chitosan.
• Analyse DLS : La taille moyenne des nanoparticules de pyrogallol est de 133,0 nm, et celle du nanocomposite est de 463,3 nm.
• Potentiel Zeta : Les potentiels Zeta des nanoparticules de pyrogallol et du nanocomposite sont respectivement de -13,5 mV et -21,4 mV, indiquant une bonne stabilité.
• Analyse FTIR : Les spectres infrarouges des nanoparticules de pyrogallol et du nanocomposite montrent des pics caractéristiques des groupes fonctionnels OH, C=O, etc.

2. Résultats des expériences cellulaires

• Viabilité cellulaire : PyNP et PyNC montrent la viabilité cellulaire la plus élevée à des concentrations de 50 μg/mL et 20 μg/mL, respectivement.
• Expression génique : Dans le groupe irradié, les gènes pro-apoptotiques (comme Bax, Caspase-3, Caspase-7) sont surexprimés, tandis que les gènes anti-apoptotiques (comme Bcl-2) sont sous-exprimés. Dans les groupes irradiés + PyNP et irradiés + PyNC, ces tendances d’expression génique sont inversées, indiquant que PyNP et PyNC réduisent l’apoptose induite par les radiations.
• Gènes liés à l’inflammation et à la fibrose : Dans le groupe irradié, l’expression des gènes liés à l’inflammation et à la fibrose, tels que TGF-β1, IL-1α et IL-7, augmente significativement, tandis que le traitement par PyNP et PyNC réduit considérablement l’expression de ces gènes.

Conclusion de l’étude

Cette étude montre que les nanoparticules d’argent-pyrogallol et le nanocomposite pyrogallol-chitosan peuvent protéger efficacement les cellules normales contre les dommages induits par les radiations. En régulant l’expression des gènes liés à l’apoptose, à l’inflammation et à la fibrose, ces nanomatériaux présentent un potentiel important pour réduire les effets secondaires de la radiothérapie. Les résultats fournissent une base solide pour le développement de nouveaux agents adjuvants à la radiothérapie et ouvrent la voie à de futures explorations des applications des nanomatériaux dans le traitement du cancer.

Points forts de l’étude

1. Innovation en nanomatériaux : Première combinaison de pyrogallol avec des nanoparticules d’argent et de chitosan, développant un nanocomposite aux propriétés radioprotectrices.
2. Caractérisation multidimensionnelle : Utilisation de techniques telles que SEM, DLS, potentiel Zeta et FTIR pour une caractérisation complète des nanomatériaux.
3. Étude des mécanismes : Exploration approfondie des mécanismes d’action de PyNP et PyNC sur l’apoptose, l’inflammation et la fibrose.
4. Potentiel clinique : Les résultats offrent de nouvelles stratégies pour réduire les effets secondaires de la radiothérapie, avec une valeur clinique significative.

Importance de l’étude

Cette étude fournit de nouvelles perspectives pour l’application des nanomatériaux dans le traitement du cancer et pose les bases pour le développement de médicaments adjuvants à la radiothérapie plus sûrs et plus efficaces. En réduisant les dommages causés par les radiations sur les cellules normales, PyNP et PyNC pourraient améliorer l’efficacité de la radiothérapie et la qualité de vie des patients. Les recherches futures pourraient explorer l’application de ces nanomatériaux à d’autres types de cancer, ainsi que leur sécurité et leur efficacité à long terme.