Choix des nanoparticules

Dans le cadre d’une amélioration de la PDT, que ce soit une meilleure sélectivité, un

adressage plus efficace, ou encore une action photodynamique accrue, l’utilisation des

nano-objets émerge comme étant une approche prometteuse dans ce domaine thérapeutique, mais également dans le domaine de la détection tumorale.

Les NP présentent de nombreuses propriétés intéressantes qui peuvent être fonction de leur nature, de leur taille et de leur composition. En effet, sous l’appellation nanoparticule, on

retrouve des composés de différente nature, et dont la taille peut varier de quelques nanomètres à quelques microns. Typiquement cela peut être des métaux, des lipides, des oxydes métalliques ou encore des polymères organiques. Le choix de composition et de

dimension des nanoparticules va être directement lié à l’usage que l’on souhaite en faire.

i) Les polymères biodégradables représentent une alternative aux liposomes et autres micelles. Ils possèdent comme avantages un haut chargement en PS, un contrôle du relargage des PS, une grande variété de matériaux utilisables et des procédés de fabrication industriels. Citons comme exemple de polymères très utilisés : le polyglycolide (PGA), le polylactide (PLA) et leur co-polymère poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) [48-50].

Les gros polymères biodégradables sont plus utilisés comme transporteurs de PS que les nanoparticules de plus petite taille, et ceci est dû à la limitation des effets secondaires du traitement. La surface, la morphologie et la composition des matrices polymères peuvent être facilement optimisées pour la synthèse de nanoparticules biocompatibles avec une cinétique de relargage de PS contrôlée.

25 δ’équipe d’Allémann a réalisé plusieurs formulations de PS encapsulés dans des polymères.

ZnPcF₁₆, PS de 2^ème génération a été incorporé dans des nanoparticules de poly(éthylène

glycol) enrobé par l’acide polylactide (PEG- coated PLA-NP) [51]. La taille moyenne des

nanoparticules obtenues était de l’ordre de 1000 nm et le taux d’encapsulation du PS était

seulement de 0,61%. Néanmoins, l’activité photodynamique de cette formulation, testée sur

des souris portant les cellules cancéreuses EMT-6, est nettement améliorée par rapport à une émulsion du même PS libre. Comme autre exemple, Moreno et al. ont synthétisé des nanoparticules polymériques de polyacrylamide (PAA) encapsulant le [Ru(dpp(SO3)2)3] [52].

δes nanoparticules obtenues sont uniformes et de diamètre moyen de l’ordre de 25 nm

présentant un rendement quantique de production de ¹O2 élevé. Cependant, la matrice PAA « quenche » l’émission du 1

O2. Ils ont, par la suite, modifié la surface de ces NP par des fonctions amines (AFPAA) et ont constaté que les groupements amines introduits peuvent réagir avec les récepteurs spécifiques des cellules cancéreuses.

ii) Une alternative inorganique à ces polymères existe par le biais de billes de silice, matière

inorganique inerte. Ces billes présentent l’avantage d’avoir une taille modulable, et d’être

miscibles en milieu aqueux, extrêmement stables et biocompatibles. De plus, la chimie très

riche du silicium permet d’envisager facilement des fonctionnalisations. Des molécules

organiques telles que les PS peuvent ainsi être encapsulées au sein de ces particules par des traitements lors de la synthèse ou de surface appropriés.

Le groupe de Prasad et al. a notamment travaillé sur le HPPH encapsulé dans des

nanoparticules de silice de 30 nm via l’hydrolyse du triethoxyvinylsilane [53]. δ’irradiation

directe du PS à 650 nm a permis la génération de l’oxygène singulet causant la mort cellulaire

et laissant moins de 10% de cellules HeLa vivantes.

Cependant, l’intérêt des particules inorganiques reste dans le cas de la silice relativement

limité comparé aux polymères. En revanche, utiliser comme vecteurs de photosensibilisateur des particules présentant des propriétés optiques intéressantes, pouvant être couplées à celle du PS sera bien plus alléchant.

iii) C’est le cas des nanoparticules aux propriétés optiques. Ainsi, les nanoparticules

métalliques (MNP) présentent un bon potentiel pour la PDT. Elles vont présenter des vibrations de phonons particulières dans le domaine visible, et elles peuvent être synthétisées avec de très faibles tailles allant de 1 à quelques nm. Les MNP possèdent une surface spécifique élevée et par conséquence peuvent véhiculer une large dose de PS.

26 De plus, le PS étant adsorbé à la surface des εNP, l’oxygène singulet produit diffuse plus

facilement vers les cellules tumorales. Russel et ses collègues ont par exemple synthétisé des

nanoparticules d’or de taille entre 2 et 4 nm avec des phtalocyanines (Pc), comme PS,

adsorbées en surface [54]. Ces nanoparticules décorées ont généré 50% de ¹O2 en plus en comparaison à la phtalocyanine libre. Le rendement quantique de génération de ¹O2 du Pc libre dans le toluène et des nanoparticules Au-Pc est passé de 0,45 à 0,65.

Les nanoparticules semi-conductrices vont présenter des propriétés optiques particulières liées au confinement quantique, effet qui se traduit par une augmentation de l’écart entre le niveau

de valence et le niveau de conduction [55, 56]. Il a été montré que les nanoparticules

semi-conductrices émettent de l’ordre de 20 fois plus de photons que les molécules organiques [57].

De plus, grâce à leurs dimensions nanométriques, elles interagissent de manière unique avec

les systèmes biologiques à l’échelle moléculaire. Elles sont largement utilisées comme sonde

biologique, développées pour le ciblage biologique, mais pas encore pour la PDT.

D’autres particules, développées également comme sondes biologiques, sont envisagées. Ce

sont des particules dopées par des ions terres rares. La grande variété de matrice hôte, de

même que d’ions terres rares pouvant être introduits rendent ces particules particulièrement attrayantes. Par exemple, l’enrobage des nanoparticules de NaYF4 codopé Yb, Er par du polyethylenamine (PEI) encapsulant du ZnPc, via des liaisons électrostatiques a été réalisée par Chatterjee et al. [58]. Pour augmenter la solubilité du PS et le transfert d’énergie entre les

NP et le PS, la même équipe a procédé à la synthèse des nanoparticules de NaYF₄ enrobé par une fine couche de silice mésoporeuse imprégné par ZnPc. En présence des cellules tumorales MB49 caractéristiques du cancer de la vessie, une irradiation de 5 minutes au laser à 980 nm

des nanoparticules a été suffisante pour activer le transfert d’énergie conduisant à la génération de l’oxygène singulet suivi par une cytotoxicité enlevée [59].

Ces nanoparticules présentent également un caractère non immunogénique, c’est à dire qu’elles n’engendrent pas de réponse immunitaire. De plus, elles peuvent être optiquement transparentes, ce qui permet l’activation du PS. Enfin, une des propriétés les plus intéressantes

est que ces nanoparticules peuvent fonctionner comme des plateformes multifonctionnelles, et

ainsi permettre avec un seul type d’objet, de combiner une stratégie d’adressage actif de l’imagerie et de la thérapie.

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