Биомедицинские приложения для золотых нанокластеров:последние разработки и перспективы на будущее

Фон

Недавние биомедицинские приложения выявили важную роль наноматериалов в развитии нанонауки и нанотехнологий [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]. По сравнению с объемными материалами, наноматериалы показали уникальные физические и химические свойства, что делает их многообещающими строительными блоками [11,12,13,14,15,16,17,18]. Среди различных наноматериалов особый тип золотых наноматериалов, золотые нанокластеры (AuNC) с размерами до сотен атомов золота, были широко исследованы в биомедицинских приложениях благодаря их четко определенной структуре, легкой модификации поверхности и высокостабильным оптическим свойствам. [19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34]. Без отчетливого поверхностного плазмонного резонанса AuNC демонстрируют флуоресценцию в широком диапазоне от видимого до ближнего инфракрасного с большим временем жизни и большим стоксовым сдвигом [35,36,37]. Были предприняты большие усилия для использования AuNC в качестве флуоресцентных зондов в биомедицинских приложениях в областях визуализации, обнаружения и терапии [38,39,40]. По сравнению с органическими флуорофорами и квантовыми точками флуоресцентные AuNC продемонстрировали высокую совместимость, превосходную фотостабильность и отличную растворимость в воде для долгосрочной визуализации, высокочувствительного обнаружения и целенаправленной обработки [41,42,43,44,45, 46,47,48,49]. Интенсивные разработки AuNC в качестве флуоресцентных зондов оказали значительное влияние на применение изображений, обнаружения и терапии.

В последние годы были достигнуты обширные разработки AuNC в биомедицинских приложениях. Несколько выдающихся обзорных статей AuNC с точки зрения аналитических приложений были сосредоточены на анализе лекарств, загрязнителей окружающей среды и биологических образцов [50,51,52,53]. В этом обзоре мы подчеркнули недавние достижения в использовании AuNC, конъюгированных с тремя типами лигандов, включая небольшие молекулы, полимеры и биомакромолекулы, в приложениях для визуализации, обнаружения и терапии. Соответствующие проблемы и будущие перспективы AuNC для фундаментальных исследований и биомедицинских приложений также были представлены в «Заключении».

AuNC, сопряженные с небольшими молекулами

Небольшие молекулы широко применялись в качестве лигандов для получения AuNC. За счет конъюгации небольших молекул на поверхности AuNC проявляют различные функции для визуализации и обнаружения. Например, d-пеницилламин, конъюгированный с нанокластерами золота (DPA-AuNC), обладает довольно хорошими характеристиками, такими как небольшой размер, высокая коллоидная стабильность и яркость, что придает им огромную перспективу в качестве флуоресцентных зондов и, таким образом, может использоваться для биологической визуализации. Клетки рака человека (HeLa) были визуализированы путем интернализации DPA-AuNC. Затем, после 2 ч инкубации раковых клеток с DPA-AuNC, для визуализации клеток с помощью метода двухфотонного возбуждения использовали конфокальный микроскоп [54]. Мембранный краситель DiD использовался в качестве эталона, и интенсивности излучения как DPA-AuNCs, так и красителя DiD собирались в зеленом и красном цветах соответственно. Яркое свечение, излучаемое клетками HeLa из-за поглощения наночастиц, показано на рис. 1а. Кроме того, для трехмерного восстановления были сделаны разные изображения в различных положениях по оси Z, как показано на рис. 1b [55].

а Изображение клеток HeLa после инкубации с DPA-AuNC в течение 2 часов с помощью конфокальной микроскопии. б Трехмерное изображение, отображающее внутренние DPA-AuNC в разрезе [55]. Цвета DPA-AuNC и мембранного красителя DiD показаны зеленым и красным соответственно

Дигидролипоевая кислота (DHLA) -AuNC были интернализованы в клетках HeLa для исследования приложения визуализации времени жизни флуоресценции (FLIM). Клетки Hela без DHLA-AuNC показали автофлуоресценцию с продолжительностью жизни от 1,5 до 4 нс. Изображения интенсивности и времени жизни клеток Hela показаны на рис. 2а, б. Но после воздействия на клетки Hela DHLA-AuNC в течение 1 часа у клеток была отмечена люминесцентная эмиссия, которая показывала длительное время жизни флуоресценции от 500 до 800 нс. Интенсивность и изображения FLIM клеток Hela с DHLA-AuNC показаны на рис. 2c, d [56].

Интенсивность ( а , c ) и FLIM ( b , d ) только изображения клеток Hela ( a , b ) и клетки Hela, инкубированные с DHLA-AuNC в течение 1 ч ( c , d ). Все масштабные линейки имеют размер 10 мкм [56]

Wang et al. обнаружили, что когда раковые клеточные линии, такие как HepG2 (линия клеток гепатокарциномы человека), K562 (линия лейкозных клеток) инкубировали с растворами хлористоводородной кислоты (биосовместимые молекулярные формы Au (III)) в микромолярных концентрациях, и AuNC самопроизвольно биосинтезируются этими клетками. линии [57]. Но этот феномен не наблюдался в незлокачественной клеточной линии L02 (клетки печени эмбриона человека), которые использовались в качестве контроля. В результате вышеупомянутый метод может быть признан новым методом самобиовизуализации опухолей in vivo. Еще одни стабилизированные трипсином нанокластеры золота (try-AuNC), обладающие флуоресценцией в ближней инфракрасной области, были синтезированы Liu et al. для двойных целей; одна из областей применения включает биочувствительность гепарина, основанную на передаче энергии, усиленной поверхностным плазмоном (SPEET), а другая включает три-AuNC, модифицированные фолиевой кислотой (FA), для флюоресцентной визуализации рака in vivo (рис. 3). Режим SPEET и визуализация рака in vivo с высокой способностью к нацеливанию, которыми обладают try-AuNC, показали огромный потенциал в качестве многофункциональных биоматериалов для биочувствительности биомолекул [58].

Флуоресцентные пробные AuNC в ближнем инфракрасном диапазоне в качестве биосенсора передачи энергии с усилением поверхностного плазмона и биозонда для визуализации рака in vivo [58]

Известно, что о-хинон-содержащие лиганды образуют комплексы с железом (Fe ³⁺ ) ионы [59, 60]. Таким образом, AuNC, содержащие допахинон в качестве лигандов, были разработаны и оценены Ho et al. для обнаружения Fe ³⁺ основан на механизме образования комплекса между Fe ³⁺ ионы и о-хиноновая часть допахинона в растворе. В результате исследований было установлено, что большой комплекс размером более 500 нм образуется за счет агрегации AuNC в присутствии Fe ³⁺ ионы. Таким образом, AuNC можно использовать для обнаружения Fe ³⁺ ионы в воде и других жидкостях [61].

Сообщается, что кислотные функциональные группы образуют стабильный комплекс с ионами металлов и биотиолами; аналогично считалось, что нанокластеры золота, конъюгированные с 11-меркаптоундекановой кислотой (MUA-AuNC), воспринимают Hg ²⁺ ионы в растворах и битиолах, что можно рассматривать как одну из чувствительных областей применимости AuNC [62, 63]. Интенсивность флуоресценции MUA-AuNC в комплексе с Hg ²⁺ иона показан на рис. 4 [64]. Кроме того, комплекс Hg ²⁺ -тиол более стабилен, чем Hg ²⁺ -COOH комплекс [65]. Таким образом, комплекс MUA-AuNCs был использован для обнаружения битиолов, что в дальнейшем можно рассматривать как еще одно применение для определения ионов металлов в различных растворах [64].

а Интенсивность флуоресценции MUA-AuNC в отсутствие 170 мкМ Hg ²⁺ . б Агломерация Hg ²⁺ с COOH-группой MUA-AuNC в присутствии 170 мкМ Hg ²⁺ . c Интенсивность флуоресценции после добавления 10 мМ цистеина к образцу в B [64]

Стабилизированные ванкомицином нанокластеры золота (Van-AuNC) были разработаны и синтезированы Yu et al. для обнаружения Fe ³⁺ в водопроводной воде, озерной воде, речной и морской воде как одно из его приложений при анализе проб окружающей среды [66]. Функционализированные хитозаном нанокластеры золота (AuNCs @ Chi) были произведены и разработаны для использования в качестве материала для обнаружения сероводорода (H ₂ S) с использованием механизма резонансной передачи энергии Ферстера (FRET) [67]. Причина, по которой исследователи обнаружили H ₂ Речь идет о том, что сероводород участвует во многих биологических процессах, включая расширение сосудов [68, 69], противовоспалительное действие [70, 71] и нейротрансмиссию [72].

Лю и др. заложили основу для синтеза стабилизированных глутатионом (GSH) нанокластеров золота (GSH-AuNC), обладающих высокой селективностью, быстрым откликом и отличной фотостабильностью, которые были использованы для обнаружения и восприятия лизина и цистеина (аминокислот) [73] . В последнее время Yu et al. Разработали сборку FRET (резонансная передача энергии Форстера). с использованием нанокластеров золота, кэпированных глутатионом (AuNCs @ GSH). Было обнаружено, что сборка высокоселективна в отношении аминокислоты цистеина, которая может быть использована в будущем для диагностики заболеваний, связанных с цистеином [74]. Шаблонные AuNC, богатые цистеином, получали с использованием иона серебра (I). Кератин - это богатые цистеином структурные белки, которые в изобилии содержатся в волосах, шерсти, перьях и т. Д. Таким образом, были синтезированы и оценены AuNC на основе кератина на основе ионов серебра и оценены на предмет их чувствительности к ионам ртути (Hg ²⁺ ) [75]. На основе двойного излучения углеродных точек и нанокластеров золота (C-AuNC), функционализированных дитиотреитолом (DTT), ратиометрический датчик флуоресценции для чувствительного обнаружения ионов ртути (Hg ²⁺⁾ в пробах воды недавно сообщалось [76]. Два указанных выше приложения AuNC могут иметь большое значение для мониторинга качества воды. Сообщалось, что AuNC с кэп-циклодекстрином используются для обнаружения ионов кобальта (Co ²⁺ ) и отображают селективный и чувствительный Co ²⁺ на основе флуоресценции ионное зондирование. Клеточная интернализация AuNC также наблюдалась во время восприятия Co ²⁺ ионы [77].

Недавно ультрамалые AuNC, конъюгированные с биосовместимым поверхностным лигандом GSH, были синтезированы в качестве метаболизируемых и эффективных радиосенсибилизаторов для лучевой терапии рака [78]. Сверхмалые наноконструкции GSH-AuNC показали привлекательные свойства, включая сильное усиление лучевой терапии за счет ядра Au и хорошую биосовместимость за счет поверхностного покрытия GSH. Более того, GSH-AuNC преимущественно накапливаются в опухоли за счет улучшенного эффекта повышенной проницаемости и удерживания, что приводит к сильному усилению лучевой терапии рака, чем у гораздо более крупных наночастиц золота. Усиленная лучевая терапия может быть объяснена тем фактом, что повреждение ДНК, вызванное фотоэлектрическим эффектом и комптоновским рассеянием Au ₂₅ нанокластеры. Значительное уменьшение объема и веса опухоли U14 было достигнуто за счет использования GSH-AuNC в качестве радиосенсибилизатора. Кроме того, после лечения GSH-AuNC могут эффективно выводиться почками, сводя к минимуму любые возможные побочные эффекты из-за накопления Au ₂₅ нанокластеры в моделях на животных.

AuNC, конъюгированные с полимером

Полимеры также стали важными лигандами для получения AuNC в биомедицинских приложениях. Например, AuNC были получены путем кэпирования мультидентатным поли (метакриловой кислотой) (PTMP-PMAA) с концевыми тиоэфирными концевыми группами, которые оказались очень фотостабильными кандидатами и были использованы для маркировки нормальных (мононуклеарные клетки пуповинной крови; CBMC) и гематопоэтических клеток. (Раковые клетки K562) (рис. 5) [79]. Результаты показали, что раковые клетки поглощают эти молекулы в гораздо большей степени, чем нормальные клетки [80]. Сообщалось [81], что наночастицы золота легко проникают в более зрелые клетки, такие как гранулоциты и лимфоциты, которые являются частью кроветворной системы. Точно так же AuNC также могут применяться для селективной маркировки, визуализации и целевой доставки лекарств в гематопоэтическую систему и связанные с ней раковые заболевания, такие как хронический миелоидный лейкоз.

Мечение нормальных и раковых клеток с помощью AuNC и квантовых точек (QD) [79]

Aldeek et al. разработали флуоресцентные нанокластеры золота, функционализированные полиэтиленгликолем и цвиттер-ионами, используя бидентатные лиганды, состоящие из якорных групп липоевой кислоты, соединенных либо с короткой цепью полиэтиленгликоля, либо с цвиттерионной группой [82]. Чтобы определить роль этих нанокластеров в биологии, были проведены различные тесты, такие как pH-зависимая стабильность и стабильность в присутствии избытка соли. Гипотеза, выдвинутая автором, показывает, что эти тесты имеют отношение к использованию этих AuNC в качестве флуоресцентных платформ для визуализации и зондирования в биологии. Далее в отчете описывается, что различные биологические аномалии связаны с pH и, таким образом, могут служить показателем прогрессирования ряда заболеваний, таких как метастазирование рака, хроническая усталость и депрессия [83, 84]. Считается также, что эти кластеры управляют физическим поведением белков и нуклеиновых кислот [85,86,87]. Одним из дополнительных преимуществ этих кластеров является их использование в визуализации in vivo (глубоких тканей). Chen et al. разработали pH-зависимую амфифильную полимерную систему, содержащую люминесцентные AuNC, которые оказались фотостабильными и биосовместимыми в форме нанокомпозита для диагностической деятельности, которая включает обнаружение и терапию злокачественных клеток с избыточной экспрессией фолиевой кислоты [88]. Люминесцентные AuNC удерживались амфифильным сополимером (поли (DBAM-co-NASco-HEMA) (PDNH)) с образованием нанокомпозита PDNH (или L-AuNC / FA-PDNH), модифицированного L-nAuNC / FA. Кроме того, гидрофобный лекарственный препарат паклитаксел был собран с L-AuNC / FA-PDNH и, таким образом, может использоваться как для визуализации, так и для лечения рака (рис. 6).

Изготовление нанокомпозита L-AuNCs / FA-PDNH для визуализации и терапии [88]

Функционализированные поликатионами водорастворимые нанокластеры полиэтилениминового золота (PEI-AuNCs) были разработаны и синтезированы для соответствующих и безопасных приложений генной терапии наряду с визуализацией клеток [89]. Благодаря захватывающим оптическим свойствам PEI-AuNC, эти кластеры рассматриваются как многообещающие кандидаты для биоимиджинга, что было подтверждено инкубацией линий раковых клеток (HepG2) с PEI-AuNC и продемонстрировало замечательную фотолюминесценцию и клетки, дающие сильную интенсивную красную фуоресценцию. Нанокластеры золота, защищенные овальбумином (флуоресцентный зонд), связанным с фолиевой кислотой (нацеливающий лиганд) (FA-Ova-AuNCs) и гомополимером N -акрилоксисукцинимид в качестве линкера разрабатывается Qiao et al. и был использован для обнаружения рака с помощью визуализации раковых клеток (рис. 7). Поскольку рецепторы фолиевой кислоты чрезмерно экспрессируются в клетках HeLa, считается, что клетки Hela будут поглощать FA-Ova-AuNC. В этой работе было продемонстрировано специфическое окрашивание клеток HeLa с помощью FA-Ova-AuNC [90].

Схема формирования FA-Ova-AuNC для визуализации раковых клеток [90]

Для применения в обнаружении был разработан и синтезирован высоко фосфоресцентный молекулярный кластер золота (I) в макропористой полимерной пленке для обнаружения цианида с помощью колориметрического метода обнаружения. Нанокластеры золота можно использовать для обнаружения ионов цианида в красном вине, кофе, соке и почве. Поскольку цианид чрезвычайно токсичен и опасен и может привести к смерти [91], возникла необходимость найти высокоселективные, чувствительные и экономичные датчики, которые могут помочь определить уровни цианида в окружающей среде, воде и продуктах питания [92] . Итак, этот золотой нанокластер может действовать как благословение, которое может помочь спасти несколько жизней [93].

AuNC, конъюгированные с биомакромолекулами

Биомакромолекулы с тиоловыми группами также применялись в качестве обычно используемых лигандов для получения AuNC в различных биомедицинских приложениях. Недавно нанокластеры золота (Tf-AuNCs) / нанокомпозит оксида графена (GO) (Tf-AuNCs / GO), функционализированные трансферрином (Tf), были изготовлены в качестве включаемого флуоресцентного зонда в ближней инфракрасной области (NIR), который можно использовать для биоимиджинга. раковых клеток и мелких животных [94]. Способность флуоресцентного зонда NIR для визуализации рецептора Tf (TfR) на раковых клетках оценивалась с использованием двух различных линий раковых клеток, то есть Hela (высокий уровень экспрессии TfR) и HepG-2 (низкий уровень экспрессии) и одной нормальной линии клеток мыши. (3T3) с разными уровнями TfR, как показано на рис. 8. Флуоресцентный зонд, очевидно, принимался только клетками Hela, и заметная флуоресценция наблюдалась через 4 часа инкубации.

Изготовление конъюгации Tf-AuNCs / GO в качестве включаемого флуоресцентного зонда NIR для биовизуализации раковых клеток со сверхэкспрессией TfR [94]

Sahoo et al. разработали быстрый одностадийный синтез зеленых (2 мин) ярких AuNC на ДНК с использованием одного цикла нагревания и охлаждения, как в полимеразной цепной реакции (ПЦР). Было обнаружено, что интенсивность люминесценции нанокластеров увеличивается с увеличением количества ДНК, предлагая простой способ количественной оценки ДНК (рис. 9). В качестве мощного флуоресцентного зонда для количественной оценки ДНК способность AuNC показана в двух различных линиях раковых клеток, включая HeLa и A549 [95]. Было обнаружено, что на образование AuNC влияет количество предшественников (HAuCl ₄ ), используемый в синтезе. Интенсивность люминесцентного излучения и квантовые результаты нанокластеров видны на основе размеров кластеров, сформированных на различных количествах золота. AuNC были приготовлены из разных пар оснований, которые состояли из A, T, G и C, и давали одинаковую люминесценцию для разных составов пар оснований и одинаковых длин последовательностей. Кроме того, идентификация зависимости интенсивности излучения нанокластеров от количества ДНК обеспечивает уникальный способ тестирования. Может быть получен анализ амплификации гена и относительной экспрессии. Более того, биосовместимость AuNC дополнительно подчеркивает его использование в качестве зонда по сравнению с традиционными цитотоксическими свойствами красителей. Количественный анализ уровня экспрессии генов в различных линиях раковых клеток может быть использован для демонстрации простого, портативного и недорогого оборудования в качестве альтернативы сложному, мощному и дорогостоящему энергетическому аппарату ПЦР. Кроме того, с использованием люминесцентных AuNC в качестве агентов, генерирующих сигналы, этот инструмент позволяет проводить ПЦР с обратной транскриптазой и анализ множества генов / белков одновременно с использованием переключаемых держателей и специально разработанного программного обеспечения. Были разработаны устройства и подходы для оценки профилей генов, связанных с апоптозом в раковых клетках HeLa, а также для измерения экспрессии глутатиона- S -трансферазный (GST) белок и GST-меченный человеческий гранулоцитарный макрофагальный колониестимулирующий фактор (GSThGMCSF) рекомбинантный белок, извлеченный из формы Escherichia coli [96].

Метод синтеза люминесцентных AuNC путем имитации условия ПЦР [95]

Высокоскоростная подготовка биосовместимых сигнальных агентов AuNC в ДНК и белках позволяет качественное обнаружение. Более того, он предоставляет синтетические методы AuNC в качестве общих зондов для исследований как ДНК, так и белков (в жидкостях, а также образцов на мембранах), анализа ампликонов ПЦР и мембранных исследований в одном приборе. Прибор способен обеспечить эффективность амплификации ПЦР 95% по сравнению с имеющимися в продаже аппаратами. Самое главное, что все материалы экологически чистые. Воспользовавшись преимуществами, интегрированным инструментом и подходом, можно создать новое приложение к существующим методам с включением нанотехнологий и биологии.

Nguyen et al. разработать двойной лиганд для стабилизации AuNC и изготовить нанокомплекс AuNC / графен в качестве «включающего» флуоресцентного зонда для обнаружения матриксного рака металлопротеиназы-9 [97]. Был исследован гладкий, одноэтапный метод биомедицинского применения AuNC с использованием пептидов и меркапто-ундекановой кислоты в качестве ко-темплатных лигандов. Пептид с сайтом расщепления металлопротеиназой-9 служит стабилизатором, а также нацеливающим лигандом для восприятия ферментов. С ферментами, из-за превосходных тушащих свойств и незначительного фона оксида графена, наноматериал AuNC / графен дает сильный флуоресцентный отклик «включения», который сильно коррелирует с концентрацией фермента. Предел обнаружения наноматериала составляет 0,15 нМ для фермента. Флуоресцентный наноматериал был успешно продемонстрирован для обнаружения «включающей» металлопротеиназы-9, секретируемой раковыми клетками MCF-7, с высокой чувствительностью и селективностью. Кроме того, флуоресцентные AuNC обеспечивают значительное сокращение времени, стоимости и сенсорной сложности по сравнению с предыдущими исследованиями. Платформа также показала большой потенциал для обнаружения различных биологических молекул в различных областях, включая экологические и аналитические исследования. Аналогичным образом Song et al. разработать чувствительный и простой метод обнаружения протеинкиназ без метки, основанный на селективной агрегации пептидов нанокластеров фосфорилированного золота (AuNCs-пептиды), индуцированной координацией иона Zr [98]. AuNC были приготовлены из пептидов без сильного восстанавливающего агента, который предотвращает нарушение пептидов. Было разработано исследование безметки, зеленой, чувствительной и простой флуоресценции с использованием пептидов AuNC для измерения активности протеинкиназы CK2. По сравнению с недавно разработанным тестом флуоресценции киназы, использование AuNC-пептидов имеет несколько важных преимуществ, включая отсутствие метки, зеленый цвет и простые экспериментальные процессы.

Сельвапракаш и др. разработать AuNC, используя недорогие белки куриного яичного белка (AuNCs @ ew) в качестве сенсорного датчика для обнаружения фосфатсодержащих метаболитов, таких как аденозин-50-трифосфат (АТФ) и пирофосфат (PPi) [99]. Был получен рентабельный и простой подход к производству флуоресцентных зондов AuNC для фосфатсодержащих молекул, таких как АТФ и PPi. Добавляя дешевые яичные белки с тетрахлороауриновой кислотой, AuNCs @ ew можно легко синтезировать с помощью микроволнового нагрева. В этой работе в AuNCs @ ew в основном преобладают AuNCs @ ovalbumin, благодаря тщательной характеризации. Поскольку овальбумин является гликопротеином и содержит много глициновых лигандов, возможность использования AuNCs @ ew в качестве флуоресцентных зондов для ConA, который содержит сайт связывания гликанов, была успешно доказана в работе Сельвапракаша.

Wu et al. используют бычий сывороточный альбумин (BSA) и GSH для синтеза нанокластеров золота (BSA / GSH-AuNCs) с возбуждением и эмиссией при 330 нм и 650 нм соответственно [100]. В этом подходе BSA и GSH служат в первую очередь как ограничивающие и восстанавливающие агенты соответственно. С помощью GSH для синтеза фотостабильных BSA / GSH-AuNC требуется всего 30 мкМ BSA. С использованием GSH использование больших количеств дорогих белков, таких как BSA и трансферрин, больше не требуется для разработки флуоресцентных белков / GSH-AuNC. Эта стратегия обеспечивает недорогой подход к синтезу белков-AuNC, а также упрощает очистку установленных AuNC. Wu et al. также обнаружено, что тушение запускается NO ₂ ^- при pH 3,0 был эффективен и специфичен. Обладая высокой солеустойчивостью, чувствительностью и селективностью, BSA / GSH-AuNC имеют большой потенциал для измерения сложных NO ₂ образцы. Cao et al. исследовать pH-индуцированные флуоресцентные изменения AuNCs @ BSA и соответствующие конформационные изменения лигандных белков с помощью флуоресценции, кругового дихроизма (CD) и ИК-спектральных измерений. В этой работе BSA в AuNCs @ BSA претерпевает идентифицируемые конформационные изменения на уровне вторичных и третичных структур. Результаты CD и IR интерпретируют значительное изменение второй структуры при экстремальной кислотности и щелочности, при которой получаются более нерегулярные структуры [101]. Было показано различие тенденций вторичных структурных изменений между AuNCs @ BSA и исходным BSA. Крайне щелочные условия (pH 11,43) вызывают переход от воздействия скрытой спирали. Более того, большой промежуток флуоресценции триптофана между AuNCs @ BSA и исходным BSA означает, что ядра золота живут рядом с триптофаном в BSA. Это исследование закладывает основу для понимания поведенческой конформации белков-лигандов в конъюгированных AuNC.

Ghosh et al. изучить влияние AuNC на CD и ферментативную активность α-химотрипсина (ChT) (против гидролиза субстрата, N п-нитроанилид -сукцинил-1-фенилаланина) [102]. Спектр КД показывает, что при связывании с AuNC ХТ полностью экспонируется, обеспечивая почти нулевую эллиптичность. AuNC, покрытые ChT, практически не проявляют ферментативной активности. Дополнительный GSH или окисленный GSH восстанавливает ферментативную активность ХТ на 30–45%. Активность ХТ необратимо теряется на связывающей поверхности AuNC. Эта потерянная активность может быть восстановлена, когда ChT закрывает AuNC, обработанные GSH или окисленным GSH. В клетке активность фермента может быть восстановлена ​​с помощью GSH, как показано в этой работе. Поскольку раковые клетки характеризуются повышенным уровнем глутатиона, будут различия в абсорбции ферментативных групп золота между раковыми и нормальными клетками.

Новая техника хирургии под контролем флуоресценции вошла в хирургический процесс, чтобы помочь операторам принять решение, нужно ли резецировать или сохранять ткани во время операции [103]. Эти достижения могут привести к изменению парадигмы хирургии рака для значительного улучшения результатов лечения пациентов. Недавние исследования в этой области были сосредоточены на использовании флуоресцентных AuNC, конъюгированных с диатризойной кислотой и целевым аптамером AS1411, в качестве зонда с флуоресцентным контролем для обеспечения точного контроля во время резекции опухолевой ткани. Эксперименты in vivo продемонстрировали, что локализация опухоли у мышей с опухолью CL1-5 наблюдалась по четкому КТ-изображению с использованием конъюгатов AuNC в качестве контрастного агента для молекулярной визуализации. Что еще более важно, четко видимая оранжево-красная флуоресценция конъюгатов AuNC была использована для облегчения резекции опухоли CL1-5 с помощью интраоперационного контроля флуоресценции. Сильное усиление флуоресценции резецированной опухоли основано на данных системы визуализации in vivo, чтобы доказать успешное молекулярное нацеливание с использованием флуоресцентных конъюгатов AuNC. Эта работа продемонстрировала большие преимущества использования целевых флуоресцентных конъюгатов AuNC in vivo, которые способны обеспечить длительное время флуоресцентной визуализации, высокую фотостабильность, двойные функции визуализации и возможные модификации поверхности с помощью целевых молекул по сравнению с большинством органических в настоящее время используются контрастные вещества. Кроме того, эта работа принесла передовую концепцию в области биомедицинской визуализации и терапии с использованием функционализированных AuNC.

Выводы

В целом, мы представили мини-обзор последних достижений в области флуоресцентных AuNC, приготовленных из небольших молекул, полимеров и биомакромолекул, для применения в биоимиджинге, обнаружении и терапии (таблица 1). Эти работы показали, что флуоресцентные AuNC могут быть перспективными флуоресцентными зондами благодаря своим уникальным свойствам, таким как превосходная биосовместимость, высокая фотостабильность и легкость модификации поверхности. Хотя AuNC были продемонстрированы в различных биомедицинских приложениях, тем не менее, их квантовые выходы флуоресценции (QY) все еще низкие (обычно менее 20%). Первая задача по расширению применения AuNC сосредоточена на получении AuNC с высокой флуоресценцией QY. With low fluorescence QY, the synthesis of AuNCs with uniform size will be an alternative way to improve their fluorescence QY. Furthermore, with the uniform size, fluorescent AuNCs with a narrow emission spectrum will increase their benefit in biomedical applications. The second challenge for AuNCs is the control of ligand on their surface because the chemical and physical properties of AuNCs can be significantly affected by their surface modification. Therefore, the theoretical and practical studies of AuNCs are still needed to have a better understanding of their structure, optical characteristic, and physicochemical property. Especially, for physicochemical property, recent studies have proven that AuNCs are potential fluorescent probes for biosensing, bioimaging, and cancer therapy. Accordingly, to realize the biomedical applications, we still have a lot of works to push the biomedical applications of AuNCs in imaging, detection, and therapy. Overall, with the great efforts, we believe that AuNCs will be served as a significant fluorescent probe in biomedical application in the near future.

Сокращения

AuNCs:

Gold nanoclusters

BSA:

Bovine serum albumin

CBMC:

Cord blood mononuclear cells

CD:

Circular dichroism

Chi:

Chitosan

ChT:

Chymotrypsin

DHLA:

Dihydrolipoic acid

DPA:

D-penicillamine

DTT:

Дитиотреитол

FA:

Фолиевая кислота

FLIM:

Fluorescence lifetime imaging

FRET:

Фёрстеровский резонансный перенос энергии

GSH:

Glutathione

GST:

Glutathione-S -transferase

MUA:

11-Mercaptoundecanoic acid

Ova:

Ovalbumin

PCR:

Polymerase chain reaction

PDNH:

Poly(DBAM-co-NASco-HEMA)

PEI:

Polyethyleneimine

PPi:

Pyrophosphate

PTMP-PMAA:

Multidentate thioether-terminated poly(methacrylic acid)

SPEET:

Surface plasmon-enhanced energy transfer

Tf:

Transferrin

Try:

Trypsin

VAN:

Vancomycin