Nanopartículas Híbridas Magnéticas com Nano-casca de Ouro Funcionalizadas com Her2: Imagem Dual US/MR e Fototerapia Direcionada para Câncer de Mama

Resumo

Detecção precoce e precisa de câncer e tratamento demandam plataformas teranósticas integradas. Aqui relatamos nanopartículas híbridas magnéticas com nano-casca de ouro funcionalizadas com Her2 (Her2-GPH NPs) que combinam imagem de ultrassom (US) e ressonância magnética (MR) com fototerapia termal (PTT) no infravermelho próximo (NIR) para câncer de mama. As nanopartículas consistem de um núcleo de PLGA encapsulando brometo de perfluorooctila (PFOB) e nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético (SPIOs), revestidas com uma nano-casca de ouro e conjugadas a anticorpos anti-Her2. Ensaios de ligação celular confirmam captação mediada por receptor em células SKBR3 Her2-positivas (taxa de ligação 86 ± 3,7% vs 2,3 ± 0,4% em células MDA-MBC-231 Her2-negativas, P < 0,001). In vitro, as partículas fornecem alto contraste de US (alcance dinâmico até 2 mg mL^‑1) e MR ponderado em T₂ (relaxividade r₂ = 441,47 mM^‑1 s^‑1), superando agentes comerciais. Irradiação NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) eleva temperatura local em ~18 °C a 0,2 mg mL^‑1 e mata seletivamente células SKBR3 (redução de viabilidade 62 ± 4,6%, P < 0,001). Estes resultados demonstram Her2-GPH NPs como ferramenta teranóstica promissora para imagem e terapia não invasiva de câncer de mama.

Introdução

Câncer de mama permanece a principal causa de mortalidade relacionada a câncer em mulheres mundialmente [1]. Diagnóstico precoce e preciso é fundamental para reduzir mortes [2]. Modalidades de imagem convencionais, incluindo US e MRI, oferecem forças complementares: US fornece imagem em tempo real, segura, econômica com sensibilidade aumentada via agentes de contraste, mas sofre resolução espacial limitada; MRI entrega contraste superior de tecido mole e detalhe anatômico, mas em tempos de aquisição mais longos e menor sensibilidade. Combinar US e MR poderia superar estas limitações e permitir avaliação multimodal precisa de lesões mamárias [10].

Teranóstica — integrando diagnóstico e terapia em uma única plataforma — promete tratamento personalizado. Fototerapia termal (PTT) usando lasers NIR e fotoabsorvedores oferece ablação tumoral minimamente invasiva e controlável [11–12]. Nano-cascas de ouro exibem forte ressonância de plasmon de superfície na janela NIR, permitindo conversão de calor eficiente enquanto sendo biocompatíveis [21]. Ainda, muitas nanoplataformas carecem de ligantes de direcionamento específicos, limitando sua captação celular e eficácia terapêutica.

Her2 é superexpresso em ~25–30% dos cânceres de mama e correlaciona-se com doença agressiva e prognóstico ruim [28–29]. Conjugação de anticorpo anti-Her2 pode aumentar seletividade tumoral e captação. Portanto, projetamos nanopartículas híbridas magnéticas com nano-casca de ouro funcionalizadas com Her2 para permitir imagem dual-modal e PTT direcionada de câncer de mama Her2-positivo.

Materiais e Métodos

PLGA (PM 24–38 kDa, 50:50 lactida:glicolida), PFOB, SPIOs e precursores de ouro foram obtidos da Sigma-Aldrich, Shanghai So-Fe Biomedicine e Aladdin Chemistry. Anticorpos anti-Her2 (marcados com FITC) foram da Abcam. A síntese envolveu uma etapa de evaporação de solvente em emulsão óleo-em-água para encapsular PFOB/SPIOs dentro de PLGA, seguida por funcionalização de superfície com cloreto de polialilamina (PAH) para permitir anexação de nanopartículas de ouro estabilizadas por citrato (5 nm). Nucleação de ouro foi induzida por redução de hidroxilamina, formando uma nano-casca que se estendeu a ~30 nm. As partículas finais foram PEGiladas (SH-PEG-COOH) e ativadas com EDC/NHS para conjugar anticorpos anti-Her2, resultando em Her2-GPH NPs.

Caracterização incluiu MEV-FE e TEM para morfologia, DLS para tamanho hidrodinâmico e potencial zeta, espectroscopia UV-Vis para propriedades ópticas, ICP-AES para composição elementar e relaxometria para relaxividade T₂.

Estudos in vitro usaram linhas de células de câncer de mama SKBR3 (Her2-positivo) e MDA-MBC-231 (Her2-negativo). Citotoxicidade foi avaliada por ensaios CCK-8. Direcionamento foi avaliado por microscopia confocal de varredura a laser (CLSM) e citometria de fluxo. Imagem de ultrassom usou sistema Mylab Twice (transdutor LA522) em modos 2D escala de cinza e CEUS; imagem MR empregou scanner de 0,5 T com sequências de eco de spin. Eficácia de PTT foi testada por irradiação a laser NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) seguida por coloração vivo/morto e ensaios de viabilidade CCK-8.

Resultados e Discussão

Caracterização de Nanopartículas – A estrutura núcleo-casca exibiu morfologia esférica uniforme com diâmetro médio de 248 nm e polidispersidade 0,037. Após revestimento de ouro, tamanho aumentou para 282 nm (PDI 0,18) e potencial zeta mudou para -31 mV, indicando boa estabilidade coloidal. EDS confirmou presença de C, O, Fe, Br e Au, enquanto ICP-AES quantificou Au (67,7% em peso) e Fe (2,1% em peso). Espectros UV-Vis mostraram ampla absorção NIR (600–900 nm) após crescimento da nano-casca, essencial para conversão fototérmica eficiente.

Desempenho Fototérmico – Sob irradiação 808 nm, solução 0,2 mg mL^‑1 de Her2-GPH subiu 18,5 °C após 10 min, comparado a 1,2 °C para água. O espectro de absorção permaneceu inalterado pós-irradiação, confirmando estabilidade fototérmica.

Citotoxicidade – Her2-GPH NPs exibiram toxicidade intrínseca negligenciável em ambas linhas celulares (≥90% viabilidade até 200 μg mL^‑1), demonstrando biocompatibilidade.

Eficácia de Direcionamento – CLSM mostrou fluorescência verde brilhante em membranas de SKBR3 com Her2-GPH, ausente em células MDA-MBC-231. Citometria de fluxo revelou taxa de ligação de 86% a SKBR3 versus 2,3% a MDA-MBC-231; pré-bloqueio com anticorpo livre reduziu ligação a 3,2%. Estes resultados confirmam direcionamento mediado por receptor específico.

Imagem de Ultrassom – In vitro, soluções Her2-GPH produziram sinais CEUS fortes, com aumento de intensidade 2,5 vezes a 2 mg mL^‑1 comparado a 0,1 mg mL^‑1. Curvas tempo-intensidade mostraram retenção de sinal até 5 min. Em fantomas celulares, células SKBR3 tratadas com Her2-GPH exibiram valores de escala de cinza significativamente maiores que controles, indicando imagem molecular aumentada.

Imagem MR – Relaxividade T₂ de Her2-GPH foi 441,47 mM^‑1 s^‑1, >2× a de Feridex (152 mM^‑1 s^‑1). Em imagem celular, SKBR3 tratadas com Her2-GPH mostraram queda de sinal de 48% relativo a controles; MDA-MBC-231 permaneceu inalterado, confirmando aumento de contraste seletivo.

PTT Direcionada – Coloração Calcein-AM/PI e ensaios CCK-8 revelaram que apenas Her2-GPH + NIR reduziu significativamente viabilidade de SKBR3 (redução 62%), enquanto GPH + NIR ou Her2-GPH sozinho tiveram efeitos mínimos. Aumentar concentração de nanopartículas reduziu ainda mais viabilidade (<20% a 200 μg mL^‑1 com NIR). Experimentos de co-cultura mimetizando expressão heterogênea de Her2 mostraram morte celular proporcional à proporção de SKBR3.

Conclusões

Projetamos nanopartículas híbridas magnéticas com nano-casca de ouro funcionalizadas com Her2 que integram imagem dual-modal US/MR com fototerapia termal NIR direcionada. A plataforma demonstra direcionamento de alta especificidade, contraste robusto em ambas modalidades e ablação efetiva de células tumorais in vitro. Estas descobertas estabelecem base para futuros estudos in vivo e potencial tradução clínica de um sistema teranóstico de precisão para câncer de mama.

Disponibilidade de Dados e Materiais

Todos os conjuntos de dados gerados e analisados estão incluídos neste artigo.

Abreviações

Au NPs

Nanopartículas de ouro

CCK-8

Kit de contagem celular-8

DAPI

4′,6-Diamidino-2-fenilindol

DI

Desionizada

DLS

Espalhamento a laser dinâmico

DMEM

Meio modificado de Dulbecco Eagle

EDC

Carbodiimida etil-3-(3-dimetilaminopropil)

EDS

Espectroscopia de raios X dispersiva de energia

FCM

Citometria de fluxo

FE-SEM

Microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo

FITC

Isotiocianato de fluoresceína

GPH NPs

Nanopartículas híbridas magnéticas com nano-casca de ouro

Her2

Receptor 2 do fator de crescimento epidérmico humano

ICP-AES

Espectroscopia de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente

LSCM

Microscopia confocal de varredura a laser

MRI

Imagem de ressonância magnética

NIR

Infravermelho próximo

PAH

Cloreto de polialilamina

PFOB

Brometo de perfluorooctila

PLGA

Ácido poli lático-co-glicólico

PTT

Fototerapia termal

PVA

Álcool polivinílico

SPIOs

Nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético

TIC

Curva tempo-intensidade

UCA

Agente de contraste de ultrassom

US

Imagem de ultrassom