Сферические золотые наночастицы из карбоната кальция раковин моллюсков: синтез, характеристики и цитотоксичность для биомедицинского применения

Аннотация

Мы сообщаем о простом, экологичном синтезе сферических золотоконъюгированных наночастиц карбоната кальция из раковин моллюсков (Au-CSCaCO₃NPs) и оцениваем их физико-химические свойства и биосовместимость. Золотые наночастицы производили цитратным восстановлением и конъюгировали с арагонитным CaCO₃, экстрагированным из раковин Anadara granosa через додецилдиметилбетаин-опосредованное выпадение. Полученные гибридные частицы имеют диаметр 35 ± 16 нм, обладают отрицательным зарядом поверхности (−16,4 мВ) и демонстрируют характерный LSPR пик при 530 нм. Цитотоксичность на клетках MCF-7 и NIH-3T3 выявила >70% ингибирования раковых клеток при 100 мкг мл⁻¹ при сохранении фибробластов, указывая на селективную биосовместимость. Эти находки предполагают Au-CSCaCO₃NPs как перспективную платформу для адресной доставки лекарств и визуализации.

Введение

Монодисперсные наночастицы критичны для передовых биомедицинских приложений таких как доставка лекарств, визуализация и биосенсирование. Золотые наночастицы (AuNPs) обеспечивают настраиваемые оптические свойства, в то время как биогенный карбонат кальция, особенно арагонитный полиморф из раковин моллюсков, предлагает отличную биосовместимость и высокую площадь поверхности. Конвенциальный синтез CaCO₃ часто дает небиогенные смеси кальцита/ватерита, неподходящие для клинического использования. Наш подход объединяет масштабируемый, дешевый протокол восстановления золота с додецилдиметилбетаин-опосредованным выпадением карбоната кальция из раковин моллюсков, давая гибридный наноматериал, сохраняющий преимущества обоих компонентов.

Методы

Материалы

Трихлорид золота (III) тригидрат, тринатрий цитрат, додецилдиметилбетаин (BS-12), индицианин зеленый (ICG) и стандартные реагенты для клеточной культуры приобрели у коммерческих поставщиков. Свежие раковины моллюсков добывали локально, мыли, сушили, измельчали в порошок <90 мкм и использовали напрямую для синтеза CaCO₃.

Синтез AuNPs

Трихлорид золота (0,1% м/в) восстанавливали 1% тринатрий цитратом при 100 °C 15 мин, получая ярко-красный коллоид. Реакция: 2 HAuCl₄ + 3 C₆H₈O₇ → 2 Au + 3 C₃H₆O₅ + 8 HCl + 3 CO₂.

Приготовление наночастиц карбоната кальция из раковин моллюсков (CSCaCO₃NPs)

2 г порошка раковин диспергировали в 50 мл деионизированной воды с 0,5 мл BS-12, мешали 1000 об/мин, 50 °C 135 мин. Осадок фильтровали, вымывали, сушили и мели 5 дней при 200 об/мин для получения монодисперсных сферических частиц CaCO₃.

Конъюгация для формирования Au-CSCaCO₃NPs

0,2 г CSCaCO₃NPs и 5 мг ICG смешивали с 20 мл AuNP коллоида (pH 7). Суспензию ультразвуковыми (20 мин) и мешали (200 об/мин) 3 дня, затем ультрацентрифугировали при 10 000 об/мин для восстановления конъюгата, который вымывали и сушили.

Характеризация

• Трансмиссионная электронная микроскопия (TEM): 19–51 нм сферические частицы, среднее 35 ± 16 нм.
• Полнонольная SEM и EDX: морфология, элементный состав (C 65%, O 13,5%, Ca 0,02%, Cu 17,6%, Au 3,9%).
• Фурье-ТР ИК: пики при 1455, 1059, 854, 706 см⁻¹ указывают на карбоксилатные и арагонитные сигнатуры.
• УФ-ВИС: LSPR пик при 530 нм.
• Дзета-потенциал: −16,4 ± 3,8 мВ, PdI < 0,5.

Клеточная культура и цитотоксичность

MCF-7 (рак молочной железы) и NIH-3T3 (фибробласты мыши) культивировали в DMEM с 10% FBS. Клетки посеяли в 96-колончатых пластинках (5 × 10³ клеток/колонка) и экспонировали Au-CSCaCO₃NPs (25–100 мкг мл⁻¹) 24, 48 и 72 ч. Жизнеспособность измеряли MTT-тестом (570 нм).

Результаты и обсуждение

Физико-химические свойства

Гибридные наночастицы равномерно сферические, с узким распределением размера и сильным отрицательным зарядом поверхности, указывающим на хорошую коллоидную стабильность. Сдвиг LSPR пика подтверждает успешную конъюгацию золота.

Цитотоксичность

Au-CSCaCO₃NPs ингибировали >70% пролиферации клеток MCF-7 при 100 мкг мл⁻¹, снижая жизнеспособность NIH-3T3 лишь на ~40%. IC₅₀ составляли 25–50 мкг мл⁻¹ для раковых клеток и >80 мкг мл⁻¹ для фибробластов, демонстрируя селективную цитотоксичность.

Заключение

Мы установили масштабируемый, экологически чистый путь к производству сферических Au-конъюгированных наночастиц карбоната кальция из раковин моллюсков с контролируемым размером, отличной стабильностью и селективной антираковой активностью. Эти гибриды являются перспективными кандидатами для адресной доставки лекарств, визуализации и тераностических приложений.