Les cadres métalliques organiques poreux de fer (III) carboxylate (MIL-100 ; MIL pour Material of Institute Lavoisier) de taille submicronique (nanoMOF) ont suscité un intérêt croissant dans le domaine de la délivrance de médicaments en raison de leur grande capacité de charge médicamenteuse, de leur excellente efficacité d'encapsulation, de leur caractère biodégradable et de leur faible toxicité. Cependant, peu d'études se sont intéressées au mécanisme de dégradation des nanoMOF, qui est essentiel pour leurs applications biologiques. Des méthodes complémentaires ont été utilisées ici pour étudier le mécanisme de dégradation des nanoMOF à base de Fe dans des conditions neutres ou acides et en présence d'albumine. Le STEM-HAADF à haute résolution couplé à la spectroscopie de rayons X dispersifs en énergie a permis de suivre l'organisation cristalline et la distribution des éléments pendant la dégradation. Les nanoMOF ont également été déposés sur des substrats en silicium par immersion, formant des films minces stables de haute qualité optique. L'épaisseur moyenne des films et les changements structuraux ont été suivis par ellipsométrie IR, approchant les « conditions de puits » se produisant in vivo. Cette approche est essentielle pour la conception réussie de nano-vecteurs biocompatibles dans des conditions fortement diluées. Il a été révélé que, bien que la présence d'une couche de revêtement protéique n'entrave pas le processus de dégradation, le pH du milieu en contact avec les nanoMOF joue un rôle majeur. La dégradation des nanoMOF s'est produite dans une plus grande mesure dans des conditions neutres, de manière rapide et homogène au sein des matrices cristallines, et a été associée au départ de leur ligand organique constitutif. Fait remarquable, les particules des nanoMOF ont maintenu leur morphologie globale pendant la dégradation.
Représentation schématique de la structure du MIL-100(Fe) obtenue par auto-assemblage de BTC et de fer, formant des super tétraèdres puis des cages mésoporeuses 3D de 25 et 29 Å, accessibles par des fenêtres microporeuses pentagonales d'environ 5 Å et des fenêtres microporeuses hexagonales de 8,6 Å. Images typiques de nanoMOF synthétisés en STEM-HAADF (RT). (a) Image non traitée ; (b) Image agrandie ; (c) Image HAADF-STEM filtrée par transformée de Fourier rapide inverse (FFT), et (d) motif FFT typique révélant la cristallinité des particules.
Images STEM-HAADF des nanoMOF après 48 h de dégradation dans du PBS (Phosphate Buffered Saline) à pH 5,4 et (d,e) dans du PBS à pH 7,4. La concentration était de 0,25 mg mL−1. Les flèches rouges montrent l'apparition de grands pores (flèches rouges), indiquant la dégradation. (c,f) Les motifs FFT des nanoMOF dégradés montrent la perte de cristallinité.
Références
Advanced Characterization Methodology to Unravel the Biodegradability of Metal–Organic Framework Nanoparticles in Extremely Diluted Conditions
I. Christodoulou1, G. Patriarche2, C. Serre3, C. Boissiere4, R. Gref1
ACS Applied Materials & Interfaces, 16 (2024) 13353-14384
https://pubs.acs.org/action/showCitFormats?doi=10.1021/acsami.3c18958&ref=pdf
Affiliations
1 Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO), Université Paris-Saclay, CNRS UMR 8214, 91405 Orsay, France
2 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Université Paris-Saclay, CNRS UMR 9001, 91120 Palaiseau, France
3 Institut des Matériaux Poreux de Paris, Ecole Normale Supérieure, ESPCI Paris, CNRS, PSL University, 75005 Paris, France
4 Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Sorbonne Université, CNRS, Collège de France, 75005 Paris, France
