Etude in vivo de l'interaction des nanoflacons de borophène avec le coléoptère Tenebrio molitor : viabilité des hémocytes et court terme

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11823 (2023) Citer cet article

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La famille des matériaux à base de graphène a accueilli un nouveau membre, le borophène, en 2014. La recherche sur les voies de synthèse et les études expérimentales sur les propriétés physicochimiques et biologiques (notamment in vivo) sont toujours fortement souhaitées afin d'évaluer son potentiel pratique en tant qu'agent d'administration de médicaments. système. L’effet des nanoflacons de borophène bidimensionnels sur les cellules, les systèmes et l’ensemble de l’organisme animal n’a pas encore été étudié. Par conséquent, nous avons étudié in vivo sa biocompatibilité avec les hémocytes du Tenebrio molitor en tant qu'organisme modèle. Des études à court terme ont démontré que les nanoflacons de borophène à des doses de 0,5, 1 ou 2 µg de nanoflacons par insecte n'induisaient pas d'hémocytotoxicité. Les hémocytes exposés aux nanoflacons ont montré une morphologie, une adhésivité et une capacité à former des filopodes comme dans les hémocytes témoins. Une étude détaillée indique que les nanoflacons de borophène ne : (i) ne génèrent pas d’espèces réactives de l’oxygène intracellulaires dans les hémocytes, (ii) n’affectent pas le potentiel de la membrane mitochondriale et (iii) n’interfèrent pas avec la phagocytose. Par conséquent, cette contribution présente de nouvelles informations in vivo sur le groupe des matériaux bidimensionnels qui constituent l’un des matériaux les plus prometteurs pour les applications biomédicales en raison de leur structure particulière et de leurs propriétés uniques. Cependant, des études à long terme sur les insectes et autres animaux sont encore nécessaires pour confirmer que le borophène est biocompatible et biologiquement sûr.

Le développement des nanomatériaux s'est considérablement accru ces dernières années, où l'on peut distinguer différentes structures morphologiques : zéro dimensionnelle (0D), unidimensionnelle (1D), bidimensionnelle (2D) et tridimensionnelle (3D). La structure 2D la plus populaire, le graphène, a attiré beaucoup d'attention sur ces architectures bidimensionnelles, ce qui a poussé le développement et la fabrication d'autres nouveaux matériaux : les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), le nitrure de carbone graphitique (gCN), le nitrure de bore hexagonal (hBN), phosphore noir (BP) et ainsi de suite. Le graphène sous forme d'oxyde de graphène (GO) a de larges applications potentielles dans les domaines de l'administration de médicaments, de la bioimagerie, de la biodétection ou même de l'ingénierie tissulaire1. Cependant, il a été prouvé que GO provoque une cytotoxicité, où il pénètre dans le cytoplasme et le noyau des cellules, conduisant à l'apoptose cellulaire induite. De plus, il s’accumule également dans les tissus rénaux et pulmonaires et est difficile à éliminer2,3,4. La réduction du GO en raison du changement de la structure amphiphile du GO a entraîné des difficultés de répartition des lipides, supprimant l'hémolyse. Il est clair que la toxicité des structures à base de graphène dépend fortement de leur taille, de leurs groupes fonctionnels et de leur taille latérale5. Les tests de toxicité in vivo prouvent également la corrélation entre les propriétés structurelles du graphène et la concentration des doses et les points d'entrée dans les organismes vivants. Contrairement aux dérivés du graphène, les TMD présentent une cytotoxicité plus faible lorsque nous leur exposons des cellules épithéliales pulmonaires humaines (A549). MoS2, WS2 et WSe2 présentaient une faible toxicité même à des concentrations élevées (200 µg/mL)6. Des tests in vivo effectués sur des souris ont montré que MoS2 est biocompatible et peut être utilisé dans le traitement des tumeurs7. MoS2 peut également être utilisé en raison de sa compatibilité en tant que biocapteur biodégradable8. De plus, une étude dépendante de la taille sur la biocompatibilité in vitro du nitrure de carbone graphitique a prouvé que 10 nm et 160 nm sont biocompatibles. Cependant, le gCN d’une taille de 20 nm présentait la viabilité cellulaire la plus faible. Le gCN s’agglomère principalement autour des noyaux, mais ne pénètre pas9. Un autre membre de la famille 2D, le nitrure de bore hexagonal (hBN) (~ 120 nm de diamètre), n'a causé aucune lésion pulmonaire à faibles doses. Cependant, dans d’autres organes, lorsque la dose était de 1 600 µg/kg, elle a provoqué des lésions au niveau des poumons, du foie, des reins, du cœur ou de la rate10. La pression artérielle peut également être utilisée comme une alternative efficace aux médicaments agressifs en chimiothérapie. Il a été présenté que BP tuait les cellules cancéreuses (HepG2) et était biocompatible avec les cellules normales (QSG-7701). Par conséquent, la BP pourrait être utilisée comme outil inorganique dans le traitement du cancer moins nocif11. Il est clair que de nombreux facteurs (tels que la taille latérale, les propriétés de surface, les groupes fonctionnels à la surface ainsi que les différentes doses) ont un impact sur la biocompatibilité et la toxicité des nanomatériaux 2D. Néanmoins, il est crucial de tester les structures 2D dans des expériences in vitro et in vivo. Récemment, les membres 2D découverts tels que le borophène doivent faire l'objet d'études prudentes en termes de biocompatibilité ou de toxicité potentielle. Cependant, il reste encore de la place dans l’état de l’art pour des recherches dédiées aux nanoflacons de borophène sous leur forme vierge, notamment en ce qui concerne les tests in vivo.