Nanopartículas híbridas magnéticas con nanoshell de oro funcionalizadas con Her2: Imagen dual US/MR y fototermoterapia dirigida para cáncer de mama

Resumen

La detección y tratamiento temprano y preciso del cáncer demandan plataformas teranósticas integradas. Aquí reportamos nanopartículas híbridas magnéticas con nanoshell de oro funcionalizadas con Her2 (Her2-GPH NPs) que combinan imagen por ultrasonido (US) y resonancia magnética (MR) con fototermoterapia (PTT) de infrarrojo cercano (NIR) para cáncer de mama. Las nanopartículas consisten en un núcleo de PLGA encapsulando bromuro de perfluorooctilo (PFOB) y nanopartículas de óxido de hierro superparamagnético (SPIOs), recubiertas con un nanoshell de oro y conjugadas a anticuerpos anti-Her2. Los ensayos de unión celular confirman captación mediada por receptor en células SKBR3 Her2-positivas (tasa de unión 86 ± 3,7 % vs 2,3 ± 0,4 % en células MDA-MBC-231 Her2-negativas, P < 0,001). In vitro, las partículas proporcionan alto contraste US (rango dinámico hasta 2 mg mL^‑1) y MR ponderado en T₂ (relatividad r₂ = 441,47 mM^‑1 s^‑1), superando agentes comerciales. La irradiación NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) eleva la temperatura local ~18 °C a 0,2 mg mL^‑1 y mata selectivamente células SKBR3 (reducción de viabilidad 62 ± 4,6 %, P < 0,001). Estos resultados demuestran las Her2-GPH NPs como una herramienta teranóstica prometedora para imagen y terapia no invasiva de cáncer de mama.

Introducción

El cáncer de mama sigue siendo la principal causa de mortalidad por cáncer en mujeres en todo el mundo [1]. El diagnóstico temprano y preciso es fundamental para reducir muertes [2]. Las modalidades de imagen convencionales, incluyendo US y MRI, ofrecen fortalezas complementarias: US proporciona imagen en tiempo real, segura, rentable con sensibilidad mejorada vía agentes de contraste, pero sufre resolución espacial limitada; MRI ofrece contraste superior de tejidos blandos y detalle anatómico, pero con tiempos de adquisición más largos y menor sensibilidad. Combinar US y MR podría superar estas limitaciones y permitir evaluación multimodal precisa de lesiones mamarias [10].

La teranóstica —integrando diagnóstico y terapia en una sola plataforma— promete tratamiento personalizado. La fototermoterapia (PTT) usando láseres NIR y fotoabsorbedores ofrece ablación tumoral mínimamente invasiva y controlable [11-12]. Los nanoshells de oro exhiben fuerte resonancia de plasmon de superficie en la ventana NIR, permitiendo conversión de calor eficiente mientras son biocompatibles [21]. Sin embargo, muchas nanoplataformas carecen de ligandos de dirigido específicos, limitando su captación celular y eficacia terapéutica.

Her2 se sobreexpresa en ~25-30 % de cánceres de mama y correlaciona con enfermedad agresiva y mal pronóstico [28-29]. La conjugación de anticuerpos anti-Her2 puede mejorar la selectividad y captación tumoral. Por tanto, diseñamos híbridos magnéticos con nanoshell de oro funcionalizados con Her2 para permitir imagen dual y PTT dirigido de cáncer de mama Her2-positivo.

Materiales y métodos

PLGA (PM 24-38 kDa, 50:50 lactida:glicolida), PFOB, SPIOs y precursores de oro se obtuvieron de Sigma-Aldrich, Shanghai So-Fe Biomedicine y Aladdin Chemistry. Anticuerpos anti-Her2 (etiquetados con FITC) fueron de Abcam. La síntesis involucró un paso de evaporación de solvente en emulsión aceite-en-agua para encapsular PFOB/SPIOs dentro de PLGA, seguido por funcionalización de superficie con clorhidrato de polialilamina (PAH) para permitir unión de nanopartículas de oro estabilizadas con citrato (5 nm). La nucleación de oro fue inducida por reducción con hidroxilamina, formando un nanoshell que se extendió a ~30 nm. Las partículas finales fueron PEGiladas (SH-PEG-COOH) y activadas con EDC/NHS para conjugar anticuerpos anti-Her2, produciendo Her2-GPH NPs.

La caracterización incluyó FE-SEM y TEM para morfología, DLS para tamaño hidrodinámico y potencial zeta, espectroscopía UV-Vis para propiedades ópticas, ICP-AES para composición elemental y relajometría para relajividad T₂.

Los estudios in vitro usaron líneas celulares de cáncer de mama SKBR3 (Her2-positivo) y MDA-MBC-231 (Her2-negativo). La citotoxicidad se evaluó por ensayos CCK-8. El dirigido se evaluó por microscopía confocal de barrido láser (CLSM) y citometría de flujo. La imagen por ultrasonido usó un sistema Mylab Twice (transductor LA522) en modos 2D escala de grises y CEUS; la imagen MR empleó un escáner de 0,5 T con secuencias de eco de espín. La eficacia PTT se probó por irradiación láser NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) seguida por tinción vivo/muerto y ensayos de viabilidad CCK-8.

Resultados y discusión

Caracterización de nanopartículas – La estructura núcleo-cáscara mostró morfología esférica uniforme con diámetro medio de 248 nm y polidispersidad 0,037. Tras recubrimiento de oro, el tamaño aumentó a 282 nm (PDI 0,18) y el potencial zeta cambió a -31 mV, indicando buena estabilidad coloidal. EDS confirmó la presencia de C, O, Fe, Br y Au, mientras ICP-AES cuantificó Au (67,7 % en peso) y Fe (2,1 % en peso). Los espectros UV-Vis mostraron una amplia absorción NIR (600-900 nm) tras crecimiento del nanoshell, esencial para conversión fototérmica eficiente.

Rendimiento fototérmico – Bajo irradiación 808 nm, una solución Her2-GPH de 0,2 mg mL^‑1 subió 18,5 °C tras 10 min, comparado con 1,2 °C para agua. El espectro de absorción permaneció inalterado post-irradiación, confirmando estabilidad fototérmica.

Citotoxicidad – Las Her2-GPH NPs exhibieron toxicidad intrínseca despreciable en ambas líneas celulares (≥90 % viabilidad hasta 200 µg mL^‑1), demostrando biocompatibilidad.

Eficacia de dirigido – CLSM mostró fluorescencia verde brillante en membranas SKBR3 con Her2-GPH, ausente en células MDA-MBC-231. Citometría de flujo reveló 86 % tasa de unión a SKBR3 versus 2,3 % a MDA-MBC-231; pre-bloqueo con anticuerpo libre redujo unión a 3,2 %. Estos resultados confirman dirigido mediado por receptor específico.

Imagen por ultrasonido – In vitro, las soluciones Her2-GPH produjeron fuertes señales CEUS, con aumento de intensidad 2,5 veces a 2 mg mL^‑1 comparado con 0,1 mg mL^‑1. Curvas tiempo-intensidad mostraron retención de señal hasta 5 min. En fantomas celulares, células SKBR3 tratadas con Her2-GPH mostraron valores de escala de grises significativamente mayores que controles, indicando imagen molecular mejorada.

Imagen MR – La relajividad T₂ de Her2-GPH fue 441,47 mM^‑1 s^‑1, >2× que Feridex (152 mM^‑1 s^‑1). En imagen celular, SKBR3 tratadas con Her2-GPH mostraron caída de señal 48 % relativa a controles; MDA-MBC-231 permaneció inalterado, confirmando mejora de contraste selectiva.

PTT dirigido – Tinción Calceína-AM/PI y ensayos CCK-8 revelaron que solo Her2-GPH + NIR redujo significativamente viabilidad SKBR3 (62 % reducción), mientras GPH + NIR o Her2-GPH solos tuvieron efectos mínimos. Aumentar concentración de nanopartículas redujoさらに viabilidad (<20 % a 200 µg mL^‑1 con NIR). Experimentos de co-cultivo imitando expresión Her2 heterogénea mostraron muerte celular proporcional a proporción SKBR3.

Conclusiones

Hemos diseñado nanopartículas híbridas magnéticas con nanoshell de oro funcionalizadas con Her2 que integran imagen dual US/MR con fototermoterapia NIR dirigida. La plataforma demuestra dirigido de alta especificidad, contraste robusto en ambas modalidades y ablación efectiva de células tumorales in vitro. Estos hallazgos sientan las bases para futuros estudios in vivo y potencial traducción clínica de un sistema teranóstico de precisión para cáncer de mama.

Disponibilidad de datos y materiales

Todos los conjuntos de datos generados y analizados están incluidos en este artículo.

Abreviaturas

Au NPs

Nanopartículas de oro

CCK-8

Kit de conteo celular-8

DAPI

4',6-Diamidino-2-fenilindol

DI

Desionizado

DLS

Dispersión láser dinámica

DMEM

Medio modificado de Dulbecco Eagle

EDC

Carbodiimida etil-3-(3-dimetilaminopropil)

EDS

Espectroscopía de rayos X dispersiva en energía

FCM

Citometría de flujo

FE-SEM

Microscopía electrónica de barrido de emisión de campo

FITC

Isotiocianato de fluoresceína

GPH NPs

Nanopartículas híbridas magnéticas con nanoshell de oro

Her2

Receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano

ICP-AES

Espectroscopía de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente

LSCM

Microscopía confocal de barrido láser

MRI

Imagen por resonancia magnética

NIR

Infrarrojo cercano

PAH

Clorhidrato de polialilamina

PFOB

Bromuro de perfluorooctilo

PLGA

Ácido poliláctico-co-glicólico

PTT

Fototermoterapia

PVA

Alcohol polivinílico

SPIOs

Nanopartículas de óxido de hierro superparamagnético

TIC

Curva tiempo-intensidad

UCA

Agente de contraste por ultrasonido

US

Imagen por ultrasonido