Effets des nanoparticules sur l'angiogenèse et l'organisation astrocytaire, destinés au traitement des gliomes

Bioeffects of ferrite nanoparticles considered for cancer hyperthermia therapy

• Auteur / Autrice : Amel Hanini
• Direction : Souad Ammar, Kamel Kacem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Surfaces, interfaces, matériaux fonctionnels
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 7 en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Faculté des sciences de Bizerte (Tunisie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique

Néovascularisation

Cellules endothéliales

Gliomes

Biocompatibilité

Nanoparticules

Résumé

La synthèse de nanoparticules (NPs) superparamagnétiques a participé au développement de plusieurs applications biomédicales ; en particulier le traitement du cancer. Nous avons synthétisé et caractérisé différentes nanoparticules magnétiques ayant une composition variable. Ensuite, nous avons réalisé des essais de biocompatibilité et d'hyperthermie. A cet effet, l'oxyde de fer y-Fe203 et les ferrites spinelles NP. Ont été choisis en raison de leurs fortes anisotropies constantes permettant un mécanisme de relaxation brownienne. La microscopie électronique à transmission montre que la synthèse polyol fournit des NP sphériques et de taille homogène - 10 nm. En plus, la Diffraction des Rayons X (DRX) a confirmé la structure spinelle inverse typique des ferrites. En outre, les propriétés magnétiques ont été déterminées en utilisant un SQUID, à la température du corps humain (310 K), montrant que les NPs ont une grande qualité cristalline et un comportement superparamagnétique. In vitro, les résultats montrent que les cellules endothéliales internalisent les NPs étudiées. Cependant, les Nps induisent la mort cellulaire, après 24 heures d'exposition par le stress oxydatif. L'étude in vivo révèle que les NPs sont rapidement éliminées par les urines. En revanche, ils peuvent induire une toxicité tissulaire au niveau du foie, des reins et des poumons, alors que le cerveau et le coeur restent épargnés. En se basant sur les études toxicologiques nous avons décidé d'utiliser ces NPs pour le traitement du cancer par hyperthermie. L'application d'un champ magnétique alternatif sur des suspensions cellulaires en présence de NPS (4h d'incubation) permet une augmentation localisée de la température. L'hyperthermie induite a provoqué la mort cellulaire d'environ 50% des cellules tumorales du type U87-MG après 1 h d'exposition. Notre étude suggère que les NPs pourraient être utilisées pour Ia thérapie du cancer par hyperthermie.

Synthesis of uniform nanoparticles using polyol process has attracted much attention in the lest two decades because of their unique magnetic properties and potentiel bioapplications such as cancer therapy. Iron oxide y-Fe203 and spinel ferrites NPs were chosen due to its high anisotropy constant which assures Brownian relaxation mechanism. Moreover, TEM images shows homogeneous spherical size of the perfides -10 nm. Interestingly, XRD confirmed the inverse spinel structure typical of ferrites. In addition, SQUID measurements at human body temperature (310 K); showed that as-produced NPs exhibit high crystalline quality and superparamagnetic behavior. Our in vitro studies showed that NPs were efficiently up-taken by human endothelial cells, which represent in vivo their first biological barrier. However, NPs can cause cell death, within 24h of exposure, most likely through oxidative stress. Further in vivo exploration suggests that although y-Fe203 NPs are rapidly cleared through urine, they can lead to toxicity in liver, kidneys and lungs, while brain and heart remained unaltered. According to this nanotoxicity data, we have decided to use the as-produced y-Fe203 magnetic NPs for cancer hyperthermie therapy. We found that y-Fe203 exhibit a magnetization close to the bulk materials in relation with their high crystalline quality. This ensures an efficient heating capacity either in water as a suspension or after incubation with different cell Unes. We found also that coupling y-Fe203 NPs with AMF was able to produce about 50% of U87-MG cell death alter 1 h of hyperthermie application. Hence, our study suggested that y-Fe203 NPs could be used for local hyperthermie cancer therapy vith a very short incubation time (4h) as a promising experimental approach for magnetic hyperthermie therapy (MHT) even further improvements have to be performed to decrease NPs toxicity on healthy cells and to increase their targeted delivery.