キラリティ反転によるナノ粒子二量体の細胞内局在

プラズモニックナノ粒子（NP）の細胞内および細胞外位置は、治療/診断能力と医学的結果を劇的に変える可能性があります。ただし、膜貫通輸送のイベントを登録できない一般的な分光識別子の不能は、細胞培養でも細胞内局在と細胞外局在を否定します。ここでは、DNAブリッジされたNP二量体のカイロショップ活性により、哺乳類細胞による粒子の内在化プロセスに従い、アンサンブルのリアルタイム分光法による細胞内局在を区別できることを示します。可視範囲の円形二色性は、膜貫通輸送中に陰性から陽性に変化します。キラリティの逆転は、二量体が間質性液からサイトゾルに移動するときのNP間の静電反発の大きな変化によって引き起こされるDNAブリッジの周りの自発的なねじれの動きに関連しています。この発見は、プラズモニックナノドラッグの分光ターゲティングとナノスケール相互作用の定量的評価の扉を開きます。生物医学用途向けのキラルナノ構造の二感性ターゲティングの有効性は、ここで悪性腫瘍の光線力学的療法として例証されています。子宮頸がん細胞の除去の有効性は、癌細胞内に局在する二量体の優先吸収に一致するような入射光子の円形偏光と、反応性酸素種の生成の増加とその優先的な細胞内局在化に関連すると、劇的に増加しました。

The intra- and extracellular positioning of plasmonic nanoparticles (NPs) can dramatically alter their curative/diagnostic abilities and medical outcomes. However, the inability of common spectroscopic identifiers to register the events of transmembrane transport denies their intracellular vs. extracellular localization even for cell cultures. Here we show that the chiroptical activity of DNA-bridged NP dimers allows one to follow the process of internalization of the particles by the mammalian cells and to distinguish their extra- vs intra-cellular localizations by real-time spectroscopy in ensemble. Circular dichroism peaks in the visible range change from negative to positive during transmembrane transport. The chirality reversal is associated with a spontaneous twisting motion around the DNA bridge caused by the large change in electrostatic repulsion between NPs when the dimers move from interstitial fluid to cytosol. This finding opens the door for spectroscopic targeting of plasmonic nanodrugs and quantitative assessment of nanoscale interactions. The efficacy of dichroic targeting of chiral nanostructures for biomedical applications is exemplified here as photodynamic therapy of malignancies. The efficacy of cervical cancer cell elimination was drastically increased when circular polarization of incident photons matched to the preferential absorption of dimers localized inside the cancer cells, which is associated with the increased generation of reactive oxygen species and their preferential intracellular localization.