Aplicações Biomédicas para Nanoclusters de Ouro:Desenvolvimentos Recentes e Perspectivas Futuras

Resumo

Nanoclusters de ouro (AuNCs) têm sido amplamente aplicados como uma sonda fluorescente para aplicações biomédicas em imagens, detecção e terapia devido às suas propriedades físicas e químicas únicas. As sondas fluorescentes de AuNCs exibiram alta compatibilidade, fotoestabilidade superior e excelente solubilidade em água, o que resultou em aplicações biomédicas notáveis para imagens de longo prazo, detecção de alta sensibilidade e tratamento específico para o alvo. Recentemente, grandes esforços foram feitos no desenvolvimento de AuNCs como sondas fluorescentes para várias aplicações biomédicas. Nesta revisão, coletamos AuNCs fluorescentes preparados por diferentes ligantes, incluindo pequenas moléculas, polímeros e biomacromoléculas, e destacamos as conquistas atuais de AuNCs em aplicações biomédicas para imagens, detecção e terapia. De acordo com esses avanços, fornecemos conclusões sobre os desafios atuais e as perspectivas futuras das AuNCs para investigações fundamentais e aplicações biomédicas práticas.

Histórico

As aplicações biomédicas recentes revelaram os papéis significativos dos nanomateriais no desenvolvimento da nanociência e da nanotecnologia [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]. Em comparação com os materiais a granel, os nanomateriais têm mostrado propriedades físicas e químicas únicas, tornando-os blocos de construção promissores [11,12,13,14,15,16,17,18]. Entre os diferentes nanomateriais, um tipo específico de nanomateriais de ouro, nanoclusters de ouro (AuNCs), com tamanhos de até centenas de átomos de ouro, foram extensivamente investigados em aplicações biomédicas devido à sua estrutura bem definida, modificação superficial fácil e propriedade óptica altamente estável [19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34]. Sem uma ressonância de plasmon de superfície distinta, AuNCs exibiram fluorescência na ampla região do visível ao infravermelho próximo com vida longa e grande deslocamento de Stokes [35,36,37]. Grandes esforços têm sido feitos para o uso de AuNCs como sondas fluorescentes em aplicações biomédicas para os campos de imagem, detecção e terapia [38,39,40]. Em comparação com fluoróforos orgânicos e pontos quânticos, AuNCs fluorescentes mostraram alta compatibilidade, fotoestabilidade superior e excelente solubilidade em água para imagens de longo prazo, detecção de alta sensibilidade e tratamento específico para o alvo [41,42,43,44,45, 46,47,48,49]. O desenvolvimento intensivo de AuNCs como sondas fluorescentes trouxe impactos significativos nas aplicações de imagem, detecção e terapia.

Os extensos desenvolvimentos de AuNCs em aplicações biomédicas foram alcançados nos últimos anos. Vários trabalhos de revisão pendentes de AuNCs com o ponto de vista em aplicações analíticas têm se concentrado na análise de drogas, contaminantes ambientais e amostras biológicas [50,51,52,53]. Nesta revisão, enfatizamos os avanços recentes para o uso de AuNCs conjugados com três tipos de ligantes, incluindo pequenas moléculas, polímeros e biomacromoléculas nas aplicações de imagem, detecção e terapia. Desafios relevantes e perspectivas futuras de AuNCs para pesquisas fundamentais e aplicações biomédicas também foram fornecidos nas "Conclusões".

Pequenas AuNCs Conjugadas por Moléculas

Moléculas pequenas têm sido amplamente aplicadas como ligantes para preparar AuNCs. Com as conjugações de pequenas moléculas nas superfícies, AuNCs exibiram diferentes funções de imagem e detecção. Por exemplo, d-penicilamina conjugada com nanoclusters de ouro (DPA-AuNCs) possui características muito boas, como tamanho pequeno, alta estabilidade coloidal e brilho que os confere com uma perspectiva imensa como sondas fluorescentes e, portanto, podem ser utilizados para imagens biológicas. Células de câncer humano (HeLa) foram fotografadas por internalização de DPA-AuNCs. Então, após 2 h de incubação de células cancerosas com DPA-AuNCs, o microscópio confocal foi usado para a imagem das células com a técnica de excitação de dois fótons [54]. O corante de membrana DiD foi usado como referência, e as intensidades de emissão dos corantes DPA-AuNCs e DiD foram coletadas nas cores verde e vermelha, respectivamente. A luminescência brilhante emitida pelas células HeLa devido à ingestão de nanopartículas é mostrada na Fig. 1a. Além disso, para a reconstrução 3D, imagens diferentes em várias posições z foram obtidas como mostrado na Fig. 1b [55].

a Imagem de células HeLa após incubação com DPA-AuNCs por 2 h por microscopia confocal. b Imagem 3D exibindo DPA-AuNCs internalizados em vista em corte transversal [55]. As cores de DPA-AuNCs e corante de membrana DiD são representadas em verde e vermelho, respectivamente

O ácido diidrolipóico (DHLA) -AuNCs foram internalizados em células HeLa para investigar a aplicação de imagem de vida de fluorescência (FLIM) pela primeira vez. As células Hela sem DHLA-AuNCs mostraram autofluorescência com uma vida útil entre 1,5 a 4 ns. As imagens de intensidade e tempo de vida das células Hela são mostradas na Fig. 2a, b. Mas depois de expor as células Hela a DHLA-AuNCs por 1 h, as células foram marcadas como emitância luminescente, que exibiu uma longa vida de fluorescência de 500 a 800 ns. A intensidade e as imagens FLIM de células Hela com DHLA-AuNCs são mostradas na Fig. 2c, d [56].

Intensidade ( a , c ) e FLIM ( b , d ) imagens apenas de células Hela ( a , b ) e células Hela incubadas com DHLA-AuNCs por 1 h ( c , d ) Todas as barras de escala são 10 μm [56]

Wang et al. descobriram que quando as linhas de células cancerosas, como HepG2 (linha de células de hepatocarcinoma humano), K562 (linha de células de leucemia) foram incubadas com soluções de ácido cloroaúrico (uma espécie molecular biocompatível de Au (III)) em concentrações micromolares, e as AuNCs são biossintetizadas espontaneamente por essas células linhas [57]. Mas o fenômeno não aconteceu na linha de células não cancerosas, L02 (células do fígado de embrião humano) que foram utilizadas como controle. Como resultado, o método acima mencionado pode ser subjugado como um novo método para auto-bioimagem in vivo de tumores. Outro nanoclusters de ouro estabilizado com tripsina (try-AuNCs) possuindo fluorescência no infravermelho próximo foram sintetizados por Liu et al. para finalidades duplas; uma das aplicabilidades inclui biossensorização de heparina que é construída na transferência de energia aprimorada com plasmon de superfície (SPEET) e outra inclui try-AuNCs modificadas com ácido fólico (FA) para imagiologia de fluorescência de câncer in vivo (Fig. 3). O modo SPEET e imagens de câncer in vivo com alta capacidade de direcionamento possuídas por try-AuNCs mostraram um imenso potencial como biomateriais multifuncionais para biomoléculas de biossensor [58].

Try-AuNCs fluorescentes no infravermelho próximo como biossensor de transferência de energia de plasma de superfície e bioprobe de imagem de câncer in vivo [58]

Os ligantes contendo o-quinona são conhecidos por formar complexos com o férrico (Fe ³⁺ ) íons [59, 60]. Assim, os AuNCs contendo dopaquinona como ligantes foram desenvolvidos e avaliados por Ho et al. para a detecção de Fe ³⁺ baseado em um mecanismo de formação de um complexo entre Fe ³⁺ íons e fração o-quinona da dopaquinona em solução. Foi descoberto a partir dos estudos que um grande complexo é formado com dimensões superiores a 500 nm por meio da agregação de AuNCs na presença de Fe ³⁺ íons. Assim, AuNCs podem ser usados para detecção de Fe ³⁺ íons na água e outros líquidos [61].

Grupos funcionais ácidos são relatados como formando um complexo estável com íons metálicos e biotióis; da mesma forma, pensava-se que os nanoclusters de ouro conjugados com ácido 11-mercaptoundecanóico (MUA-AuNCs) detectavam Hg ²⁺ íons em soluções e bitióis que podem ser considerados como uma das aplicabilidades de detecção de AuNCs [62, 63]. A intensidade de fluorescência de MUA-AuNCs em complexo com Hg ²⁺ íons é mostrado na Fig. 4 [64]. Além disso, o complexo de Hg ²⁺ -tiol foi relatado como mais estável do que Hg ²⁺ Complexo -COOH [65]. Portanto, o complexo de MUA-AuNCs foi usado para detectar bitióis que podem ser posteriormente considerados, pois é outra aplicação na detecção de íons metálicos em várias soluções [64].

a Intensidade de fluorescência de MUA-AuNCs na ausência de 170 μM Hg ²⁺ . b Aglomeração de Hg ²⁺ com grupo COOH de MUA-AuNCs na presença de 170 μM Hg ²⁺ . c Intensidade de fluorescência após 10 mM de cisteína ter sido adicionada à amostra em B [64]

Os nanoclusters de ouro estabilizados com vancomicina (Van-AuNCs) foram projetados e sintetizados por Yu et al. para detecção de Fe ³⁺ na água da torneira, água do lago, água do rio e água do mar como uma de suas aplicações na análise de amostras ambientais [66]. Nanoclusters de ouro funcionalizados com quitosana (AuNCs @ Chi) foram produzidos e desenvolvidos para uso como material de detecção de sulfeto de hidrogênio (H ₂ S) empregando mecanismo de transferência de energia de ressonância de Förster (FRET) [67]. A razão para os pesquisadores detectarem H ₂ S é que o sulfeto de hidrogênio está envolvido em muitos processos biológicos que incluem vasodilatação [68, 69], antiinflamação [70, 71] e neurotransmissão [72].

Liu et al. estabeleceu uma base para a síntese de nanoclusters de ouro estabilizados por glutationa (GSH) (GSH-AuNCs) com alta seletividade, resposta rápida e excelente fotoestabilidade que foram utilizadas para a detecção e detecção de lisina e cisteína (aminoácidos) [73] . Recentemente, o conjunto FRET (Forster ressonance energy transfer) foi desenvolvido por Yu et al. usando nanoclusters de ouro cobertos por glutationa (AuNCs @ GSH). O conjunto foi considerado altamente seletivo para o aminoácido cisteína, que pode ser empregado no futuro para o diagnóstico de doenças relacionadas à cisteína [74]. Os AuNCs modelados por proteína rica em cisteína foram preparados usando íon prata (I). A queratina é uma proteína estrutural rica em cisteína encontrada em abundância no cabelo, lã, penas, etc. Portanto, AuNCs modelados com queratina à base de íons de prata foram sintetizados e avaliados quanto à sua aplicação de detecção de íon mercúrio (Hg ²⁺ ) [75]. Com base em nanoclusters de ouro de pontos de carbono de emissão dupla (C-AuNCs) funcionalizados com ditiotreitol (DTT), um sensor de fluorescência raciométrico para a detecção sensível de íons de mercúrio (Hg ²⁺⁾ em amostras de água foi relatado recentemente [76]. As duas aplicações acima relatadas de AuNCs podem atuar como de grande importância para o monitoramento da qualidade da água. AuNCs capeados com ciclodextrina foram relatados para a detecção de íons cobalto (Co ²⁺ ) e exibir Co ²⁺ seletivo e sensível com base em fluorescência detecção de íons. A internalização celular de AuNCs também foi observada durante a detecção de Co ²⁺ íons [77].

Recentemente, os ultrasmall AuNCs conjugados com ligante de superfície biocompatível de GSH foram sintetizados como radiossensibilizadores metabolizáveis e eficientes para radioterapia de câncer [78]. Os nanoconstrutos ultrapequenos de GSH-AuNCs revelaram propriedades atraentes, incluindo forte aprimoramento de radioterapia do núcleo de Au e boa biocompatibilidade do GSH de revestimento de superfície. Além disso, os GSH-AuNCs foram preferencialmente acumulados no tumor por meio da permeabilidade aprimorada e efeito de retenção aprimorados, levando a um forte aprimoramento para radioterapia do câncer do que nanopartículas de ouro muito maiores. A radioterapia intensificada pode ser atribuída ao fato de que o dano ao DNA causado pelo efeito fotoelétrico e espalhamento Compton do Au ₂₅ nanoclusters. A redução notável no volume e peso do tumor U14 foi alcançada usando o GSH-AuNCs como o radiossensibilizador. Além disso, após o tratamento, os GSH-AuNCs podem ser eliminados de forma eficiente pelo rim, minimizando quaisquer efeitos colaterais potenciais devido ao acúmulo de Au ₂₅ nanoclusters em modelos animais.

AuNCs conjugados com polímero

Os polímeros também surgiram como ligantes importantes para preparações de AuNCs em aplicações biomédicas. Por exemplo, AuNCs foram preparados por capeamento com ligante poli (ácido metacrílico) multidentado terminado em tioéter (PTMP-PMAA) que foram considerados candidatos altamente fotoestáveis e foram usados para marcar o normal (células mononucleares do cordão umbilical; CBMC) e células hematopoiéticas (Células cancerosas K562) (Fig. 5) [79]. Foi revelado a partir dos resultados que as células cancerosas ingeriram essas moléculas em uma extensão muito maior do que as células normais [80]. Foi relatado [81] que as nanopartículas de ouro são facilmente penetráveis em células mais maduras, como granulócitos e linfócitos, que fazem parte do sistema hematopoiético. Da mesma forma, AuNCs também podem ser aplicáveis na marcação seletiva, imagem e distribuição de drogas alvo no sistema hematopoiético e cânceres relacionados, como leucemia mieloide crônica.

Marcação de células normais e cancerosas com AuNCs e pontos quânticos (QDs) [79]

Aldeek et al. projetou nanoclusters fluorescentes de ouro funcionalizados com polietilenoglicol e zwitterion usando ligantes bidentados feitos de grupos de ancoragem de ácido lipóico unidos com uma cadeia curta de poli (etilenoglicol) ou um grupo de zwitterion [82]. Para determinar o papel desses nanoclusters na biologia, vários testes foram realizados, como estabilidade dependente do pH e estabilidade na presença de excesso de sal. A hipótese dada pelo autor revela que esses testes são relevantes para o uso desses AuNCs como plataformas fluorescentes para imagens e sensores em biologia. É ainda descrito no relatório que várias anormalidades biológicas estão relacionadas ao pH e, portanto, podem fornecer uma indicação para a progressão de várias doenças, como metástases de câncer, fadiga crônica e depressão [83, 84]. Acredita-se que esses clusters também gerenciem o comportamento físico de proteínas e ácidos nucléicos [85,86,87]. Um dos benefícios adicionais desses clusters é seu uso em imagens in vivo (tecido profundo). Chen et al. desenvolveram um sistema polimérico anfifílico dependente de pH contendo AuNCs luminescentes que foram considerados fotoestáveis e biocompatíveis na forma de nanocompósitos para atividades diagnósticas que incluem detecção e terapia de células cancerosas com superexpressão de folato [88]. AuNCs luminescentes foram restringidos com copolímero anfifílico (poli (DBAM-co-NASco-HEMA) (PDNH)) para formar nanocompósito de L-nAuNCs / PDNH modificado por FA (ou L-AuNCs / FA-PDNH). Além disso, a droga hidrofóbica paclitaxel foi montada com L-AuNCs / FA-PDNH e, portanto, pode ser utilizada para imagem e tratamento de câncer (Fig. 6).

Fabricação de nanocompósitos L-AuNCs / FA-PDNH para imagens e terapia [88]

Nanoclusters de ouro de polietilenoimina solúvel em água policatiônicos funcionalizados (PEI-AuNCs) foram projetados e sintetizados para aplicações de terapia gênica adequadas e seguras, juntamente com imagens de células [89]. Devido às propriedades ópticas cativantes de PEI-AuNCs, esses clusters são relatados como um candidato promissor para bioimagem, o que foi confirmado pela incubação de linhas celulares de câncer (HepG2) com PEI-AuNCs e mostrou fotoluminescência notável e as células dando forte fuorescência vermelha intensa. Nanoclusters de ouro protegidos por ovalbumina (sonda fluorescente) ligada a ácido fólico (ligante de direcionamento) (FA-Ova-AuNCs) e um homopolímero N -acriloxissuccinimida como ligante está sendo desenvolvido por Qiao et al. e foi utilizado para a detecção de câncer por meio de imagens de células cancerosas (Fig. 7). Como os receptores de ácido fólico são superexpressos nas células HeLa, acredita-se que as células Hela ingeririam FA-Ova-AuNCs. Neste trabalho, a coloração específica de células HeLa por FA-Ova-AuNCs foi demonstrada [90].

Esquema da formação de FA-Ova-AuNCs para imagens de células cancerosas [90]

Para a aplicação na detecção, um cluster de ouro molecular (I) altamente fosforescente em um filme de polímero macroporoso foi projetado e sintetizado para a detecção de cianeto através da técnica de detecção colorimétrica. Os nanoclusters de ouro podem ser usados para detectar íons de cianeto em vinho tinto, café, suco e solo. Como o cianeto é extremamente tóxico e perigoso e pode levar à morte [91], houve a necessidade de encontrar sensores altamente seletivos, sensíveis e econômicos que podem ajudar a determinar os níveis de cianeto no ambiente, água e alimentos [92] . Portanto, este nanocluster de ouro pode atuar como uma bênção que pode ajudar a salvar várias vidas [93].

Biomacromolécula-Conjugada AuNCs

Biomacromoléculas com grupos tiol também têm sido aplicadas como ligantes comumente usados para preparar AuNCs em diferentes aplicações biomédicas. Recentemente, nanocompósitos de ouro funcionalizados com transferrina (Tf) (Tf-AuNCs) / nanocompósito de óxido de grafeno (GO) (Tf-AuNCs / GO) foi fabricado como uma sonda fluorescente de infravermelho próximo (NIR) que pode ser utilizada para bioimagem de células cancerosas e pequenos animais [94]. A capacidade da sonda fluorescente NIR para a imagem do receptor Tf (TfR) em células cancerosas foi avaliada usando duas linhas de células cancerosas diferentes, ou seja, Hela (alto nível de expressão de TfR) e HepG-2 (baixo nível de expressão) e uma linha celular normal de camundongo (3T3) com diferentes níveis de TfR como mostrado na Fig. 8. A sonda fluorescente foi obviamente ingerida apenas por células Hela, e fluorescência perceptível foi observada após 4 h de incubação.

Fabricação da conjugação Tf-AuNCs / GO como uma sonda fluorescente NIR de ativação para bioimagem em células cancerosas com TfR sobre expressão [94]

Sahoo et al. desenvolveram uma síntese verde rápida em uma etapa (2 min) de AuNCs altamente luminosos no DNA, usando um único ciclo de aquecimento e resfriamento como na reação em cadeia da polimerase (PCR). Verificou-se que a intensidade dos nanoclusters de luminescência aumentava com o número de DNA, oferecendo uma maneira fácil de quantificar o DNA (Fig. 9). Como uma poderosa sonda fluorescente para quantificação de DNA, a capacidade de AuNCs é mostrada em duas linhas de células cancerosas diferentes, incluindo HeLa e A549 [95]. Descobriu-se que a formação de AuNCs é influenciada pela quantidade de precursores (HAuCl ₄ ) usado na síntese. A intensidade das emissões de luminescência e os resultados quânticos dos nanoclusters são vistos com base nas dimensões do cluster formadas em várias quantidades de ouro. Os AuNCs foram preparados por diferentes pares de bases, que consistiam em A, T, G e C, e produziram a mesma luminescência para diferentes composições de pares de bases e os mesmos comprimentos de sequência. Além disso, a identificação da dependência da intensidade de emissão dos nanoclusters nas quantidades de DNA fornece uma forma única de teste. A análise da amplificação do gene e da expressão relativa pode ser obtida. Além disso, a biocompatibilidade de AuNCs enfatiza ainda mais seu uso como uma sonda em comparação com as propriedades citotóxicas tradicionais de corantes. A análise quantitativa do nível de expressão gênica em várias linhagens de células cancerígenas pode ser usada para demonstrar um equipamento simples, portátil e de baixo custo como uma alternativa à máquina de energia de PCR complicada, poderosa e cara. Além disso, com o uso de AuNCs luminescentes como agentes geradores de sinal, esta ferramenta permite PCR de transcriptase reversa e análise baseada em array de vários genes / proteínas ao mesmo tempo usando suportes comutáveis e software especialmente projetado. Dispositivos e abordagens foram desenvolvidos para avaliar perfis de genes associados à apoptose em células cancerosas HeLa e também para medir a expressão de glutationa- S proteína-transferase (GST) e proteína recombinante de fator estimulador de colônia de macrófago granulócito humano marcada com GST (GSThGMCSF) extraída da forma de Escherichia coli [96].

O método para a síntese de AuNCs luminescentes emulando a condição de PCR [95]

A preparação em alta velocidade de agentes produtores de sinal biocompatíveis de AuNCs em DNA e proteínas permite a detecção qualitativa. Além disso, ele fornece métodos sintéticos de AuNCs como sondas comuns para estudos de DNA e proteínas (em fluidos, bem como amostras em membranas), análise de amplicon de PCR e pesquisas baseadas em membrana em um único instrumento. O instrumento é capaz de fornecer 95% de eficiência de amplificação por PCR em comparação com as máquinas disponíveis no mercado. Mais importante, os materiais são todos amigos do ambiente. Aproveitando as vantagens, a ferramenta e a abordagem integradas podem criar uma nova aplicação para as técnicas existentes com a incorporação da nanotecnologia e da biologia.

Nguyen et al. desenvolver ligante duplo de estabilização de AuNCs e fabricar AuNCs / nanocomplexo de grafeno como uma sonda fluorescente "ligada" para detectar câncer de metaloproteinase-9 de matriz relacionado à matriz [97]. Um método suave de uma etapa foi investigado para a aplicação biomédica de AuNCs usando peptídeos e ácido mercapto undecanóico como ligantes co-modeladores. O peptídeo com local de clivagem de metaloproteinase-9 serve como um estabilizador e também como um ligante de direcionamento para detecção de enzima. Com as enzimas, por causa das excelentes propriedades de extinção e do fundo desprezível do óxido de grafeno, os AuNCs / nanomaterial de grafeno produzem uma forte resposta fluorescente de "ativação", que está altamente correlacionada com as concentrações de enzimas. O limite de detecção do nanomaterial é de 0,15 nM para a enzima. O nanomaterial fluorescente foi demonstrado com sucesso para a detecção de metaloproteinase-9 "ligada" secretada de células cancerígenas MCF-7 com alta sensibilidade e seletividade. Além disso, os AuNCs fluorescentes fornecem reduções significativas de tempo, custo e complexidade sensorial em comparação com estudos anteriores. A plataforma também tem mostrado grande potencial para detectar diferentes moléculas biológicas em diversos campos, incluindo pesquisas ambientais e analíticas. Da mesma forma, Song et al. desenvolver o método livre de marcadores, sensível e simples para detectar proteínas quinases com base na agregação seletiva de nanopeptídeos fosforilados de ouro (AuNCs-peptídeos) induzidos pela coordenação do íon Zr [98]. As AuNCs foram preparadas por peptídeos sem um agente redutor forte, o que evita que os peptídeos sejam perturbados. Um estudo de fluorescência livre de marcador, verde, sensível e simples usando os peptídeos AuNC para medir a atividade da proteína quinase CK2 foi desenvolvido. Comparado com o teste de fluorescência de quinase estabelecido recentemente, o uso de peptídeos AuNC tem várias vantagens importantes, incluindo processos experimentais simples, verdes e sem rótulo.

Selvaprakash et al. desenvolver AuNCs usando proteínas de clara de ovo de galinha de baixo custo (AuNCs @ ew) como uma sonda de detecção de ativação para detectar metabólitos contendo fosfato, como adenosina-50-trifosfato (ATP) e pirofosfato (PPi) [99]. Uma abordagem econômica e direta para a produção de sondas AuNC fluorescentes para moléculas contendo fosfato, como ATP e PPi, foi obtida. Ao adicionar claras de ovo baratas com tetracloroáurico, AuNCs @ ew pode ser facilmente sintetizado por aquecimento de microondas. Neste trabalho, AuNCs @ ew dominado principalmente por AuNCs @ ovalbumina por meio de caracterização cuidadosa. Uma vez que a ovalbumina é uma glicoproteína e contém abundantes ligantes de glicina, a possibilidade de uso de AuNCs @ ew como sondas fluorescentes para ConA, que contém o sítio de ligação de glicanos, foi comprovada com sucesso no trabalho de Selvaprakash.

Wu et al. usar albumina de soro bovino (BSA) e GSH para sintetizar nanoclusters de ouro (BSA / GSH-AuNCs) com excitação e emissões em 330 nm e 650 nm, respectivamente [100]. Nesta abordagem, BSA e GSH servem principalmente como uma limitação e agentes redutores, respectivamente. Com a ajuda do GSH, apenas 30 μM de BSA são necessários para sintetizar BSA / GSH-AuNCs fotoestáveis. Com o uso de GSH, o uso de grandes quantidades de proteínas caras, como BSA e transferrina, não é mais necessário para o desenvolvimento de proteínas fluorescentes / GSH-AuNCs. Esta estratégia fornece uma abordagem de baixo custo para a síntese de proteína-AuNCs e também simplifica o refinamento das AuNCs estabelecidas. Wu et al. também descobriu que a têmpera desencadeada por NO ₂ ^- em pH 3,0 foi eficiente e específico. Com alta tolerância ao sal, sensibilidade e seletividade, BSA / GSH-AuNCs têm grande potencial para medição de NO ₂ complicado amostras. Cao et al. investigar mudanças de fluorescência induzidas por pH de AuNCs @ BSA e mudanças conformacionais apropriadas de proteínas de ligante por fluorescência, dicroísmo circular (CD) e medições espectrais de IV. Neste trabalho, BSA em AuNCs @ BSA sofre mudanças conformacionais identificáveis ao nível de estruturas secundárias e terciárias. Os resultados de CD e IR interpretam uma mudança significativa da segunda estrutura em acidez extrema e alcalina, onde estruturas mais irregulares são obtidas [101]. A diferença nas tendências de mudança estrutural secundária entre AuNCs @ BSA e o BSA original foi mostrada. A condição alcalina extrema (pH 11,43) induz uma mudança da exposição à hélice enterrada. Além disso, a grande lacuna de fluorescência do triptofano entre AuNCs @ BSA e o BSA original implica que os núcleos de ouro vivem perto do triptofano no BSA. Este estudo estabelece as bases para a compreensão da conformação comportamental de proteínas ligantes em AuNCs conjugados.

Ghosh et al. investigar os efeitos de AuNCs em CD e atividade enzimática de α-quimiotripsina (ChT) (contra hidrólise de substrato, N -succinil-l-fenilalanina p-nitroanilida) [102]. O espectro de CD mostra que, ao se ligar a AuNCs, o ChT fica completamente exposto, produzindo elipticidade quase nula. Os AuNCs revestidos com ChT não mostram virtualmente nenhuma atividade enzimática. O GSH adicional ou GSH oxidado restaura a atividade da enzima a ChT em 30–45%. A atividade de ChT é irreversivelmente perdida na superfície de ligação de AuNCs. Esta atividade perdida pode ser recuperada quando ChT fecha AuNCs tratados com GSH ou GSH oxidado. Na célula, a atividade da enzima pode ser revivida por GSH como mostrado neste trabalho. Como as células cancerosas são caracterizadas por níveis elevados de glutationa, haverá diferenças na absorção de grupos de ouro revestidos de enzimas entre as células cancerosas e as normais.

A nova técnica de cirurgia guiada por fluorescência entrou no processo cirúrgico para ajudar os operadores a tomar a decisão se os tecidos precisam ser ressecados ou preservados durante a cirurgia [103]. Essas conquistas podem estabelecer uma mudança de paradigma na cirurgia do câncer para uma grande melhoria do resultado do paciente. O progresso da pesquisa recente neste campo se concentrou no uso de AuNCs fluorescentes conjugados com ácido diatrizóico e aptâmero AS1411 específico do alvo como uma sonda guiada por fluorescência para fornecer orientação precisa durante a ressecção de tecido tumoral. Experimentos in vivo demonstraram que a localização do tumor em camundongos com tumor CL1-5 foi observada a partir da imagem CT clara usando os conjugados AuNC como um agente de contraste de imagem molecular. Mais importante ainda, a fluorescência laranja-vermelho claramente visível de conjugados AuNC foi utilizada para ajudar a ressecção do tumor CL1-5 por orientação de fluorescência intra-operatória. O forte aumento da fluorescência do tumor ressecado é baseado em dados do sistema de imagem in vivo para provar o direcionamento molecular bem-sucedido usando conjugados AuNC fluorescentes. Este trabalho demonstrou grandes vantagens de usar os conjugados AuNC fluorescentes específicos do alvo in vivo que são capazes de fornecer tempos de imagem fluorescente de longo prazo, alta fotoestabilidade, funções de imagem dupla e modificações de superfície viáveis com moléculas específicas em comparação com a maioria dos orgânicos agentes de contraste usados atualmente. Além disso, este trabalho trouxe um conceito avançado no campo da imagem biomédica e terapêutica utilizando AuNCs funcionalizados.

Conclusões

No geral, fornecemos uma mini revisão dos avanços recentes em AuNCs fluorescentes preparados com pequenas moléculas, polímeros e biomacromoléculas para as aplicações em bioimagem, detecção e terapia (Tabela 1). Esses trabalhos mostraram que as AuNCs fluorescentes podem ser sondas fluorescentes promissoras devido às suas propriedades únicas, como excelente biocompatibilidade, alta fotoestabilidade e fácil modificação de superfície. Embora AuNCs tenham sido demonstrados em várias aplicações biomédicas, no entanto, seus rendimentos quânticos de fluorescência (QYs) ainda são baixos (geralmente menos de 20%). O primeiro desafio para estender as aplicações de AuNCs está focado na preparação de AuNCs com alta fluorescência QY. Com baixa fluorescência QY, a síntese de AuNCs com tamanho uniforme será uma alternativa para melhorar sua fluorescência 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.

Abreviações

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:: Dithiothreitol
FA:: Folic acid
FLIM:: Fluorescence lifetime imaging
FRET:: Förster resonance energy transfer
GSH:: Glutationa
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

Efeito aprimorado da combinação de ácido clorogênico em nanopartículas de selênio na inibição da agregação de amilóide β e formação de espécies reativas de oxigênio in vitro Estudo dos primeiros princípios de defeitos pontuais na superrede de GaAs / AlAs:a estabilidade de fase e os efeitos na estrutura da banda e na mobilidade do portador

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias