Bioconjugation, peptide-based targeting, and imaging of ultrasmall gold nanoparticles for cancer treatment

Ultrasmall gold nanoparticles (AuNPs) conjugated with cytotoxic drugs, such as doxorubicin (Dox), have been shown to be promising chemotherapeutic agents for overcoming multidrug resistance common in cancers. The particles improve drug solubility, while the enhanced permeability and retention (EPR) effect improves targeting. The EPR effect results from the increased vascular permeability of cancerous or inflamed tissue, which causes particles of sizes less than 200 nm to accumulate preferentially in the pathological areas. However, the EPR effect is not well established in human cancers, so improved methods of active nanoparticle targeting have also been sought. To elucidate whether the EPR effect alone is sufficient for tumour targeting, we developed peptide-based bioconjugation active targeting strategies for gold nanoparticles. Bioconjugation to FREG-peptide is used to prevent FGF-2 dimerization in the tumour microenvironment. Bioconjugation to MSH-peptide and myxoma peptide are used to target tumour cell-specific molecules for melanocyte recognition and melanoma cytotoxicity. Bioconjugation to cRGD-peptide is used to target tumour neovasculature via binding to integrins. In vitro uptake and in vivo biodistribution of peptide-conjugated gold nanoparticles is investigated using a variety of modalities including confocal microscopy, transmission electron microscopy, photoacoustic imaging, fluorescence imaging, and inductively coupled plasma mass spectrometry.La conjuguaison des nanoparticules d'or (Au) à des agents cytotoxiques comme la doxorubicin constitue une approche chimiothérapeutique prometteuse capable de surmonter la résistance cellulaire répandu dans les cellules cancéreuses. Les particules améliorent la solubilité des médicaments tandis que l'effet de perméabilité et rétention (EPR) améliore leur ciblage. L'EPR est le résultat de l'augmentation de la perméabilité des vaisseaux des tissus cancéreux ou enflammés, ce qui permet aux particules inférieures à 200 nm de s'accumuler en préférence dans les tissus pathologiques. Etant donné que l'EPR des cancers humains n'est pas encore très bien étudier, les chercheurs se sont retournés vers un meilleur ciblage actif par les nanoparticules. Afin de comprendre si l'EPR seul est suffisant pour le ciblage des tumeurs, nous avons développé une stratégie de ciblage actif basée sur la conjugaison des nanoparticules d'or à des peptides. La bioconjugaison au peptide FREG est utilisée pour prévenir la dimérisation des FGF-2 dans le microenvironnement des cancers. La bioconjugaison aux peptides MSH ou myxoma est utilisée pour cibler des biomolécules spécifiques à la reconnaissance et au traitement du mélanome. La bioconjugaison au peptide cRGD est utilisée pour cibler la néovascularisation tumorale via son interaction avec les intégrines avb3. Des études d'absorption in vitro et de biodistribution in vivo des conjuguées, peptides-Au, sont effectuées moyennant plusieurs techniques telles que la microscopie confocale, la microscopie à transmission électronique, l'imagerie photoacoustique, l'imagerie de fluorescence, et la spectrométrie de masse à plasma couplé par induction