Полипиррол-покрытые FePt наночастицы: мультифункциональная платформа для фотогермической терапии и фотоакустической визуализации

Аннотация

Новая платформа железо-платиновых (FePt) наночастиц, инкапсулированных полипирролом (PPy), разработана для объединения фотогермической терапии (ФГТ) и фотоакустической визуализации (ФАВ) для лечения рака. PPy-покрытые FePt (FePt@PPy) наночастицы демонстрируют отличную биосовместимость, фотогермическую стабильность и сильное поглощение в ближнем ИК (БИК), обеспечивая эффективную абл-ацию опухоли под 808-нм лазерным облучением и надежную генерацию ФА сигнала. In vitro исследования подтверждают мощное убийство раковых клеток и четкий ФА контраст, позиционируя FePt@PPy как перспективный мультифункциональный теранотический агент.

Предыстория

Фотогермическая терапия стала высокоселективным, минимально инвазивным подходом к абл-ации рака благодаря своему точному пространственно-временному контролю и ограниченной системной токсичности. Преобразуя БИК свет в тепло, FePt наночастицы предлагают превосходную фотогермическую конверсионную эффективность по сравнению с золотыми аналогами и обеспечивают двойной КТ/МРТ контраст. Однако поверхностная функционализация остается необходимой для улучшения водной стабильности и биосовместимости. Полипиррол, проводящий полимер с надежным БИК поглощением, фотогермической стабильностью и биосовместимостью, успешно применялся в различных биомедицинских контекстах. Это исследование сообщает о синтезе PPy-покрытых FePt (FePt@PPy) наночастиц и оценивает их производительность для комбинированной ФГТ и ФАВ.

Методы

Материалы

Все реактивы, включая Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, 3-меркаптопропионовую кислоту (3-МПК), пиррол и другие, приобрели у Sigma-Aldrich и использовали без дополнительной очистки. Реактивы и среды для клеточной культуры закупили у HyClone. Дистиллированную воду использовали для всех водных приготовлений.

Синтез FePt@PPy наночастиц

Фабрикация включала три последовательных этапа:

1. Синтез гидрофобных FePt НП: Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, 1,2-гексадекандиол, олеил амин и олеиновая кислота рефлюксировали при 240 °C под аргоном. Полученные FePt НП собирали центрифугированием и промывали гексаном.
2. Лигандный обмен для получения гидрофильных FePt НП: 3-МПК вводили для замещения олеил амина/олеиновой кислоты, делая частицы водорастворимыми. Гидрофильные НП изолировали центрифугированием и промывали циклоhexаноном, этанолом и ацетоном.
3. Полипирроловое покрытие: Гидрофильные FePt НП диспергировали в воде, стабилизировали ПВА и полимеризовывали с пирролом в присутствии аммония персульфата. После 2 ч полимеризации FePt@PPy НП центрифугировали, промывали горячей водой и ресуспендировали в ПБС.

Характеризация

Трансляционная электронная микроскопия (ТЭМ) раскрыла диаметр ядра 8,3 нм и толщину PPy оболочки ~10 нм, давая общий размер 42 нм. Энергодисперсивная рентгеновская спектроскопия подтвердила соотношение Fe:Pt 20:80. Фурье-трансформационная инфракрасная спектроскопия (ФТИР) подтвердила наличие функциональных групп PPy. УФ-Вис-БИК спектры демонстрировали выраженную полосу поглощения в диапазоне 700–900 нм, указывая на сильную БИК активность.

Фотогермическое и фотстабильность тестирование

Растворы FePt@PPy (20–120 мкг/мл) облучали 808-нм лазером (1 Вт/см², 6 мин). Температурные подъемы варьировались от 39 °C (20 мкг/мл) до 71 °C (120 мкг/мл). Циклы нагревания/охлаждения (шесть повторов) показали незначительное отклонение температуры и неизменные УФ-Вис спектры, подтверждая отличную фотогермическую стабильность.

Долгосрочное хранение

Наночастицы, хранящиеся при 4 °C в ПБС или среде для клеточной культуры, сохраняли размер (< 45 нм) и поглощающие характеристики более 30 дней, указывая на надежную коллоидную стабильность.

Клеточная цитотоксичность и поглощение

МТТ-тесты на клетках рака молочной железы MDA-MB-231 раскрыли >95% жизнеспособности даже при 120 мкг/мл FePt@PPy, тогда как непокрытые FePt показывали ~80% жизнеспособности. Прусский синий окрас подтвердил эффективное внутриклеточное поглощение.

In vitro фотогермическая терапия

После 24-часовой инкубации с FePt@PPy (10–100 мкг/мл) с последующим 808-нм облучением (1 Вт/см², 4–6 мин) жизнеспособность клеток снижалась доза- и время-зависимым образом. При 100 мкг/мл и 6 мин облучения ~70% клеток погибали, превосходя многие сообщаемые системы при сопоставимых лазерных мощностях.

In vivo нагревание эксперимент

Подкожная инъекция 100 мкл FePt@PPy (100 мкг/мл) в нудистую мышь с последующим 808-нм облучением (1 Вт/см², 6 мин) повысила температуру кожи на ~19 °C, локализуя термический эффект в месте инъекции.

In vitro фотоакустическая визуализация

Фантомные исследования с 50–200 мкг/мл FePt@PPy продемонстрировали четкий ФА контраст, увеличивающийся с концентрацией, подчеркивая потенциал для образ-ориентированной фототерапии.

Заключение

Полипиррол-покрытые FePt наночастицы сочетают высокое БИК поглощение, надежную фотогермическую конверсию, отличную биосовместимость и сильную генерацию ФА сигнала. Их производительность in vitro и in vivo подчеркивает их перспективность как мультифункциональных агентов для комбинированной фотогермической терапии и фотоакустической визуализации.