L'impact de l'oxyde de graphène sur les propriétés magnétiques et d'hyperthermie des ferrites CoFe2O4 et MnFe2O4

Chauffer les tumeurs avec de minuscules aimants

Les oncologues savent depuis longtemps qu'un léger réchauffement d'une tumeur peut améliorer l'efficacité d'autres traitements tels que la chimiothérapie et la radiothérapie. Cette étude explore une nouvelle façon de générer cette chaleur depuis l'intérieur du corps en utilisant de minuscules particules magnétiques. En comparant deux types de particules et en les combinant avec des feuilles de carbone ultra-minces, les chercheurs cherchent des matériaux qui chauffent efficacement les tumeurs tout en restant faciles à administrer et à contrôler.

Pourquoi la chaleur magnétique peut aider à traiter le cancer

Plutôt que d'irradier de l'extérieur avec des micro-ondes ou de la lumière, l'hyperthermie magnétique repose sur des nanoparticules qui chauffent lorsqu'elles sont placées dans un champ magnétique variable. Si ces particules sont injectées à proximité d'une tumeur, le champ peut être activé depuis l'extérieur du corps et les particules font office de mini-radiateurs, élevant la température locale de quelques degrés au-dessus de la normale. Le défi consiste à concevoir des particules produisant suffisamment de chaleur à des intensités et fréquences de champ sûres pour les patients, tout en restant bien dispersées dans les fluides corporels et présentant une toxicité minimale.

Deux matériaux magnétiques passés au crible

L'équipe s'est concentrée sur deux composés à base de fer : la ferrite de manganèse (MnFe2O4) et la ferrite de cobalt (CoFe2O4). Les deux sont de minuscules aimants, mais se comportent très différemment. La ferrite de manganèse est un aimant « doux », ce qui signifie que son aimantation interne peut s'inverser relativement facilement. La ferrite de cobalt est un aimant « dur », dont l'aimantation est fortement verrouillée. Les nanoparticules ont été synthétisées en milieu aqueux par une méthode hydrothermale et examinées par diffraction des rayons X et microscopie électronique pour confirmer leur structure, leur forme et leur taille. Les particules de MnFe2O4 étaient principalement cubiques et en forme de cuboïdes d'environ 20 à 30 nanomètres, tandis que les particules de CoFe2O4 étaient plus petites et plus sphériques, autour de 14 nanomètres.

Ajout d'oxyde de graphène : aide et inconvénient

Pour améliorer la stabilité en suspension et créer une surface pouvant ensuite être fonctionnalisée par des molécules médicamenteuses ou de ciblage, les chercheurs ont ancré les nanoparticules de ferrite sur des feuilles d'oxyde de graphène, un matériau carboné plat riche en groupes oxygénés. L'imagerie a montré que les particules de MnFe2O4 et de CoFe2O4 se répartissaient sur les feuilles flexibles plutôt que de former des agrégats. La spectroscopie a confirmé que les liaisons chimiques dans les ferrites et l'oxyde de graphène restaient intactes dans les composites. Cependant, des tests magnétiques ont révélé que l'ajout d'oxyde de graphène réduisait systématiquement l'aimantation globale des échantillons, car le carbone non magnétique diluait la quantité de matériau magnétique actif et introduisait des défauts supplémentaires à l'interface.

Comment les particules produisent réellement de la chaleur

Lorsque les suspensions ont été placées dans un champ magnétique alternatif similaire à celui susceptible d'être utilisé en traitement, tous les échantillons se sont réchauffés, mais de façon inégale. La ferrite de manganèse a atteint un taux d'absorption spécifique d'environ 110 watts par gramme, tandis que la ferrite de cobalt a atteint environ 70 watts par gramme. La clé réside dans la réponse des particules au champ variable. Pour MnFe2O4, l'aimantation interne de chaque particule peut à la fois s'inverser à l'intérieur et permettre une légère rotation de la particule entière dans le liquide. Ces deux types de mouvement agissent de concert et se produisent sur une échelle de temps qui correspond à la vitesse du champ appliqué, rendant le chauffage efficace. Dans CoFe2O4, l'aimantation interne est effectivement figée par son fort verrouillage magnétique, si bien que seule la rotation physique plus lente dans le fluide contribue, ce qui est moins efficace dans les conditions testées. L'ajout d'oxyde de graphène a diminué le chauffage dans les deux cas, de manière plus marquée pour MnFe2O4, car il réduisait l'aimantation et bloquait certaines régions magnétiques empêchant une réponse libre.

Ce que cela implique pour les traitements anticancéreux futurs

Ce travail montre que choisir simplement des particules à forte aimantation ne suffit pas pour obtenir un chauffage puissant pour la thérapie contre le cancer. La facilité de mouvement de l'aimantation interne, connue sous le nom d'anisotropie magnétique, doit être ajustée pour que les particules répondent sur la même échelle de temps que le champ appliqué. Dans les conditions testées ici, la ferrite de manganèse offrait le meilleur compromis, ce qui en fait la candidate la plus prometteuse. L'oxyde de graphène aide à maintenir la dispersion des particules et fournit des points d'ancrage pour le ciblage médicamenteux futur, mais cela se fait au prix d'une perte d'efficacité de chauffage. Les conceptions futures devront équilibrer ces compromis en ajustant la taille, la forme, le revêtement de surface des particules et le support carboné afin de créer des nano-chauffeurs sûrs et efficaces pouvant être guidés avec précision vers les tumeurs.

Citation: Ramadan, W., Gasser, A., Ramadan, A. et al. The impact of graphene oxide on the magnetic and hyperthermia properties of CoFe₂O₄ and MnFe₂O₄ ferrites. Sci Rep 16, 14736 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51345-w

Mots-clés: hyperthermie magnétique, nanoparticules de ferrite, oxyde de graphène, thérapie anticancéreuse, nanomédecine