プラズモニック光熱療法中の反応性酸素種の金ナノ粒子媒介生成：さまざまな粒子サイズ、形状、および表面の共役の比較研究

金ナノ粒子（AUNP）を介した光熱療法は、癌細胞の効果的なアブレーションに代わるものです。ただし、AUNPの光熱反応は、プラズモニック光熱療法（PPT）の治療効果を改善し、その副作用を緩和するために調整する必要があります。この研究では、光熱効率とターゲット選択性の調整を容易にする代替案を提示します。さまざまなサイズと生体適合性葉酸（FA）結合AUNPS（FA-AUNPS）のレーザー処理球形および異方性AUNPを使用して、有名なヒト上皮子宮頸がん（HELA）細胞株を使用します。大きなAUNPは、小さなaunpsよりも重要な光熱加熱効果を生成することを示します。9 nmの球状AUNPの熱応答は、3.0±1°Cの最大増加に達することがわかりましたが、球状AUNPS 14 nmでは、温度は4.4±1°Cを超えました。15 nmの異方性AUNPは最大4.0±1°Cに達しましたが、20 nmの異方性AUNPは細胞培養培地（MEM）で5.3±1°Cの大幅な増加に達しました。特に、20 nmの異方性AUNPは、100μMの濃度で生存率が60％に減少することを示すことにより、光熱剤としての使用の可能性を正常に示しています。その上、照射細胞内に高濃度の活性酸素種（ROS）が形成されていることが明らかになりました。光熱加熱によるストレスと組み合わせて、原形質膜の完全性を損なうことにより、急性壊死を介して重大な細胞死をもたらす可能性があります。PPT中の細胞死とROS過剰生産は、透過型電子顕微鏡（TEM）および異なる蛍光マーカーを含む共焦点蛍光顕微鏡によって特徴付けられ、定量化されました。さらに、FA-AUNPは内部損傷によってアポトーシスを介して細胞死を誘発するのに対し、PPT治療中のROS形成が減少することを示しています。私たちの発見は、プラズモン媒介ROSが癌細胞を感作し、光熱損傷に対して脆弱にする能力、および過剰なROS形成からのFA-AUNPの保護的役割を示唆していますが、壊死性の死による望ましくない副作用のリスクを軽減することを示唆しています。経路。これにより、AUNPベースの光熱療法の有効性の改善と、熱ストレスを誘発するために必要な高温への曝露数の減少が可能になります。

Gold nanoparticle (AuNP)-mediated photothermal therapy represents an alternative to the effective ablation of cancer cells. However, the photothermal response of AuNPs must be tailored to improve the therapeutic efficacy of plasmonic photothermal therapy (PPT) and mitigate its side effects. This study presents an alternative to ease the tuning of photothermal efficiency and target selectivity. We use laser-treated spherical and anisotropic AuNPs of different sizes and biocompatible folic acid (FA)-conjugated AuNPs (FA-AuNPs) in the well-known human epithelial cervical cancer (HeLa) cell line. We show that large AuNPs produce a more significant photothermal heating effect than small ones. The thermal response of the spherical AuNPs of 9 nm was found to reach a maximum increase of 3.0 ± 1 °C, whereas with the spherical AuNPs of 14 nm, the temperature increased by over 4.4 ± 1 °C. The anisotropic AuNPs of 15 nm reached a maximum of 4.0 ± 1 °C, whereas the anisotropic AuNPs of 20 nm reached a significant increase of 5.3 ± 1 °C in the cell culture medium (MEM). Notably, the anisotropic AuNPs of 20 nm successfully demonstrate the potential for use as a photothermal agent by showing reduced viability down to 60% at a concentration of 100 μM. Besides, we reveal that high concentrations of reactive oxygen species (ROS) are formed within the irradiated cells. In combination with stress by photothermal heating, it is likely to result in significant cell death through acute necrosis by compromising the plasma membrane integrity. Cell death and ROS overproduction during PPT were characterized and quantified by transmission electron microscopy (TEM) and confocal fluorescence microscopy with different fluorescent markers. In addition, we show that FA-AuNPs induce cell death through apoptosis by internal damage, whereas diminish the ROS formation during PPT treatment. Our findings suggest the ability of plasmon-mediated ROS to sensitize cancer cells and make them vulnerable to photothermal damage, as well as the protective role of FA-AuNPs from excessive ROS formation, whereas reducing the risk of undesired side effects due to the necrotic death pathway. It allows an improvement in the efficacy of the AuNP-based photothermal therapy and a reduction in the number of exposures to high temperatures required to induce thermal stress.