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PEGylated Anionic Magneto-Fluorescent Nanoassemblies: Impact of their Interface Structure on MRI Contrast and Cellular Uptake

Authors :
Linot, Camille
Poly, Julien
Boucard, Joanna
Pouliquen, Daniel
Nedellec, Steven
Hulin, Philippe
Marec, Nadège
Arosio, Paolo
Lascialfari, Alessandro
Guerrini, Andrea
Sangregorio, Claudio
Lecouvey, Marc
Lartigue, Lenaic
Blanquart, Christophe
Ishow, Eléna
Bernardo, Elizabeth
Immunogenic Cell Death and Mesothelioma Therapy (CRCINA-ÉQUIPE 4)
Centre de Recherche en Cancérologie et Immunologie Nantes-Angers (CRCINA)
Université d'Angers (UA)-Université de Nantes (UN)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Université d'Angers (UA)-Université de Nantes (UN)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)
Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M)
Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Chimie Et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation (CEISAM)
Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Structure fédérative de recherche François Bonamy (SFR François Bonamy)
Université de Nantes (UN)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche en Santé de l'Université de Nantes (IRS-UN)
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Dipartimento di Fisica = Department of Physics [Univ Pavia] (UNIPV)
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Istituto di Chimica dei Composti Organometallici (ICCOM)
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Chimie, Structures et Propriétés de Biomatériaux et d'Agents Thérapeutiques (CSPBAT)
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The 'Ligue contre le cancer 44' is gratefully acknowledged for their strong support as well as CNRS through its 'Mission pour l’Interdisciplinarité' board (program 'Nano Challenge: Health and Welfare' / ETHICAM project) and its France-Italy partnership (program PICS / MOCACINO project), and Région des Pays de la Loire through the PhD program of LUMOMAT RFI (ONASSIS project).
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Nantes - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (UFR MEDECINE)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Angers (UA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Nantes - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (UFR MEDECINE)
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Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
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Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
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Department of Physics [Pavia]
Università degli Studi di Pavia
Università degli Studi di Milano [Milano] (UNIMI)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris 13 (UP13)-Institut Galilée-Université Sorbonne Paris Cité (USPC)
Source :
ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (16), pp.14242-14257. ⟨10.1021/acsami.7b01737⟩, ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2017, 9 (16), pp.14242-14257. ⟨10.1021/acsami.7b01737⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; Controlling the interactions of functional nanostructures with water and biological media represents high challenges in the field of bioimaging applications. Large contrast at low doses, high colloidal stability in physiological conditions, absence of cell cytotoxicity and efficient cell internalization represent strong additional needs. To achieve such requirements, we report on high payload magneto-fluorescent architectures, made of a shell of superparamagnetic iron oxide nanoparticles tightly anchored around fluorescent organic nanoparticles. Their external coating is simply modulated using anionic polyelectrolytes in a final step to provide efficient MRI and fluorescence imaging of live cells. Various structures of pegylated polyelectrolytes have been synthesized and investigated, differing from their iron oxide complexing units (carboxylic versus phosphonic acid), their structure (block or comb-like), their hydrophobicity and their fabrication process (conventional or RAFT-controlled radical polymerization) while keeping the central magneto-fluorescent platforms the same. Combined photophysical, magnetic, NMRD and structural investigations proved the superiority of RAFT polymer coatings containing carboxylate units and a hydrophobic tail to impart the magnetic nanoassemblies with enhanced-MRI negative contrast, characterized by a high r2/r1 ratio andtransverse relaxation r2 equal to 21 and 125 s-1mmol-1L respectively at 60 MHz clinical frequency (~1.5 T). Thanks to their dual modality, cell internalization of the nanoassemblies in mesothelioma cancer cells could be evidenced both by confocal fluorescence microscopy and magnetophoresis. A 72 h follow-up showed efficient uptake after 24 h with no notable cell mortality. These studies again pointed out the distinct behavior of RAFT polyelectrolyte-coated bimodal nanoassemblies that internalize at a slower rate with no adverse cytotoxicity. Extension to multicellular tumor cell spheroids that mimic solid tumors revealed successful internalization of the nanoassemblies in the periphery cells, which provides efficient deep-imaging labels thanks to their induced T2* contrast, large emission Stokes shift and bright dot-like signal, popping out of the strong spheroid autofluorescence.

Details

Language :
English
ISSN :
19448244 and 19448252
Database :
OpenAIRE
Journal :
ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (16), pp.14242-14257. ⟨10.1021/acsami.7b01737⟩, ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2017, 9 (16), pp.14242-14257. ⟨10.1021/acsami.7b01737⟩
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..4bb7308d72824a936f33dd8cec69cf15